DE102016224296A1 - ELECTRIC HEATING DEVICE - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein PTC-Heizelement (40) mit einem Heizelementgehäuse (134), das zumindest ein PTC-Element (120) und das PTC-Element (120) bestromende und Kontaktzungen (42) für eine elektrische Steckverbindung ausformende Kontaktbleche (128) für den elektrischen Anschluss von elektrisch mit dem PTC-Element (120) verbundenen Elektroden (130) als bauliche Einheit fügt, wobei das PTC-Element (120) zumindest an einer seiner beiden Hauptseitenflächen (122) mit einer Isolationslage (124) abgedeckt ist. Ein kostengünstig herzustellendes PTC-Heizelement (40) ist dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelementgehäuse einen spritzgegossenen Kunststoffrahmen (134) aufweist, der die Isolationsplatte (124) lediglich randseitig einfasst und gegenüberliegende Rahmenöffnungen (136) definiert, hinter denen das PTC-Element (120) mit seinen Hauptseitenflächen (122) freilegt.The present invention relates to a PTC heating element (40) with a heating element housing (134) which has at least one PTC element (120) and contact plates (128) energizing the PTC element (120) and forming contact tongues (42) for an electrical plug connection. for the electrical connection of electrically connected to the PTC element (120) connected electrodes (130) as a structural unit, wherein the PTC element (120) is covered at least at one of its two major side surfaces (122) with an insulating layer (124). An inexpensive to produce PTC heating element (40) is characterized in that the Heizelementgehäuse has an injection-molded plastic frame (134) which surrounds the insulating plate (124) only at the edge and defines opposite frame openings (136), behind which the PTC element (120) with its major side surfaces (122) exposed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein PTC-Heizelement mit einem Heizelementgehäuse, das zumindest ein PTC-Element und das PTC-Element bestromende und Kontaktzungen für eine elektrische Steckverbindung ausformende Kontaktbleche für den elektrischen Anschluss von elektrisch mit dem PTC-Element verbundenen Elektroden als bauliche Einheit fügt. Ein solches PTC-Heizelement ist beispielsweise aus der
Aus der
Eine solche Ausgestaltung stellt zwar gegenüber dem zuvor beschriebenen Stand der Technik eine fertigungstechnische Vereinfachung dar. Der Aufbau ist aber weiterhin relativ raumgreifend und aufwändig. Die vorliegende Erfindung will ein PTC-Element insbesondere für die Kraftfahrzeugindustrie angeben. In Kraftfahrzeugen, insbesondere im Bereich der Elektromobilität, kommen verstärkt PTC-Heizelemente zum Einsatz. Diese müssen sich kostengünstig herstellen lassen und möglichst leicht sein. Des Weiteren ist eine gute Wärmeauskopplung der von dem PTC-Element erzeugten Wärme gewünscht, da die PTC-Elemente selbstregelnde Eigenschaften haben und nur mit schlechtem Wirkungsgrad betrieben werden können, wenn die von dem PTC-Element erzeugte Wärme nur unzureichend abgeführt wird.Although such an embodiment is compared to the prior art described above a simplification in terms of production. However, the structure is still relatively expansive and consuming. The present invention intends to specify a PTC element, in particular for the motor vehicle industry. In motor vehicles, especially in the field of electromobility, increasingly PTC heating elements are used. These must be inexpensive to produce and be as light as possible. Furthermore, a good heat extraction of the heat generated by the PTC element is desired because the PTC elements have self-regulating properties and can only be operated with poor efficiency if the heat generated by the PTC element is dissipated insufficiently.
Mit Blick darauf schlägt die vorliegende Erfindung vor, das Heizelementgehäuse durch einen spritzgegossenen Kunststoffrahmen auszubilden, der die Isolationsplatte lediglich randseitig einfasst. Der Kunststoffrahmen bildet einander gegenüberliegende Rahmenöffnungen und umrandet die Isolationsplatte und bevorzugt einen sehr schmalen Randbereich des PTC-Elementes, deckt aber das PTC-Element nicht vollständig ab. Hinter den durch den Kunststoffrahmen definierten Rahmenöffnungen liegt das PTC-Element vielmehr mit seinen Hauptseitenflächen frei. Es versteht sich von selbst, dass das PTC-Element vorliegend an seinen Hauptseitenflächen ganz oder überwiegend, regelmäßig das PTC-Element allseitig überragend von der Isolationslage überdeckt wird.In view of this, the present invention proposes to form the heating element housing by an injection-molded plastic frame, which surrounds the insulation plate only at the edge. The plastic frame forms mutually opposite frame openings and surrounds the insulation plate and preferably a very narrow edge region of the PTC element, but does not completely cover the PTC element. Behind the frame openings defined by the plastic frame, the PTC element is exposed rather with its main side surfaces. It goes without saying that in the present case the PTC element is entirely or predominantly covered on its main side surfaces, regularly covering the PTC element on all sides by the insulation layer.
Das erfindungsgemäße PTC-Heizelement kann auf konventionelle Weise bestromt werden. Dabei liegen an den sich gegenüber liegenden Hauptseitenflächen des PTC-Elementes Blechstreifen auf, die bevorzugt einteilig die Kontaktzungen der elektrischen Steckverbindung ausbilden. Die Kontaktbleche können ganz oder teilweise die Hauptseitenfläche des PTC-Elementes abdecken.The PTC heating element according to the invention can be energized in a conventional manner. In this case lie on the opposite main side surfaces of the PTC element sheet metal strips, which preferably form the contact tongues of the electrical connector in one piece. The contact plates can cover all or part of the main side surface of the PTC element.
Der spritzgegossene Positionsrahmen wird üblicherweise durch Umspritzen der Isolationsplatten mit dem PTC-Element zwischen den Isolationsplatten angeordnet hergestellt. So ist der Kunststoffrahmen stoff- und/oder formschlüssig mit der Isolationsplatte und dem wenigstens einen PTC-Element zwischen den beiden Isolationsplatten verbunden. Der Kunststoffrahmen ist bevorzugt als einteiliges Bauteil ausgebildet. Der Kunststoffrahmen definiert bevorzugt die Außenumfangsfläche des PTC-Heizelementes, welche lediglich an einer vorbestimmten Seite durch die beiden Kontaktzungen überragt. Diese Seite ist die Anschlussseite des PTC-Heizelementes zum Anschluss an eine Steuer- oder Anschlussplatine. An dieser Seite kann der Kunststoffrahmen durch das Rahmenmaterial selbst ein Steckelement, bevorzugt das männliche Steckelement einer Steckverbindung ausbilden. Das Steckelement ist dabei so ausgebildet, dass das PTC-Element mechanisch in einer Steckelementaufnahme befestigt werden kann, d.h. die Befestigung des PTC-Elementes auch in Einsteckrichtung allein durch die Ausgestaltung des Heizelementgehäuses bewirkt wird. So kann das PTC-Element allein aufgrund der Steckverbindung in einer Halterung der Steckverbindung, beispielsweise einer Trennwand, die eine Zirkulationskammer von einer Anschlusskammer trennt, gehalten sein. Der Kunststoffrahmen kann aus Silikon gebildet sein.The injection molded position frame is usually made by overmolding the insulation plates with the PTC element disposed between the insulation plates. Thus, the plastic frame is material and / or positively connected to the insulation plate and the at least one PTC element between the two insulation plates. The plastic frame is preferably formed as a one-piece component. The plastic frame preferably defines the outer circumferential surface of the PTC heating element, which projects beyond the two contact tongues only on a predetermined side. This side is the connection side of the PTC heating element for connection to a control or connection board. On this side, the plastic frame by the frame material itself form a plug-in element, preferably the male plug element of a plug connection. The plug element is designed so that the PTC element can be mechanically fastened in a plug element receptacle, i. the attachment of the PTC element is also effected in the insertion direction solely by the design of the heater housing. Thus, the PTC element alone due to the connector in a holder of the connector, such as a partition, which separates a circulation chamber from a connection chamber, be held. The plastic frame may be formed of silicone.
Um diese Steckverbindung möglichst auch fluiddicht auszubilden und auch im Hinblick auf eine gute Abdichtung und Einsiegelung des PTC-Elementes innerhalb des Heizelementgehäuses wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung der Kunststoffrahmen aus einem elastomeren Kunststoff gebildet. Bei diesem Kunststoff handelt es sich bevorzugt nicht um einen TPE, sondern um einen vernetzenden Elastomer. Aufgrund der Elastizität des elastomeren Kunststoffs kann die Steckverbindung so ausgebildet werden, dass sich gute Haltekräfte ergeben und des Weiteren eine solide beispielsweise flüssigkeitsdichte Abdichtung im Bereich der Steckverbindung erzeugt wird.In order to form this connector as fluid-tight as possible and also with regard to a good seal and sealing of the PTC element within the Heizelementgehäuses the plastic frame is formed of an elastomeric plastic according to a preferred embodiment of the present invention. This plastic is preferably not a TPE but a crosslinking elastomer. Due to the elasticity of the elastomeric plastic, the Plug connection are formed so that good holding forces result and further a solid example, liquid-tight seal in the region of the connector is generated.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Isolierlage bevorzugt unmittelbar an dem PTC-Element an oder ist unmittelbar darauf beispielsweise als Beschichtung aufgebracht. Gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik gemäß
Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung liegen bevorzugt die Isolierlagen in gegenüberliegenden Rahmenöffnungen frei, d.h. bilden zusammen mit dem Material des Kunststoffrahmens die Außenfläche des PTC-Heizelementes. Die beiden Hauptseitenflächen des zumindest einen PTC-Elementes innerhalb des Heizelementgehäuses sind mit dieser Isolationsplatte abgedeckt und liegen bevorzugt unmittelbar daran an.In this preferred embodiment, the insulating layers are preferably exposed in opposite frame openings, i. together with the material of the plastic frame form the outer surface of the PTC heating element. The two main side surfaces of the at least one PTC element within the Heizelementgehäuses are covered with this insulating plate and are preferably directly on it.
Die Isolierlagen können aus einer ein- oder mehrschichtigen Isolierplatte gebildet sein, die im Wesentlichen die gesamte Hauptseitenfläche des PTC-Elementes abdeckt, diese regelmäßig überdeckt, d.h. zumindest einseitig, bevorzugt mehrseitig und besonders bevorzugt vollumfänglich das PTC-Element überragt. Die Isolierlage kann beispielsweise durch eine Kombination einer Keramikplatte mit einer Kunststoffplatte gebildet sein. Die Isolierlage kann aber auch beispielsweise durch Beschichten des PCT-Elementes mit einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein. In diesem Fall bildet das PTC-Element das Substrat aus, und die Außenfläche der Isolierlage liegt üblicherweise innerhalb des Kunststoffrahmens frei, so dass sich ein guter Wärmeaustrag der von dem PCT-Element erzeugten Wärme ergibt. Als Beschichtung kommt beispielsweise eine keramische Beschichtung in Frage, die mittels PVD oder CVD auf dem PTC-Element als Subtrat aufgebracht ist. Eine als isolierende Beschichtung auf die Hauptseitenfläche des PTC-Elementes aufgebrachte Isolierlage kann mit einer Isolierplatte aus Keramik und/oder Kunststoff kombiniert werden.The insulating layers may be formed of a single- or multi-layer insulating plate which covers substantially the entire major side surface of the PTC element, covering it regularly, i. at least one side, preferably multi-sided and particularly preferably fully extends beyond the PTC element. The insulating layer can be formed for example by a combination of a ceramic plate with a plastic plate. However, the insulating layer may also be formed, for example, by coating the PCT element with an electrically insulating material. In this case, the PTC element forms the substrate, and the outer surface of the insulating layer is usually exposed within the plastic frame, so that there is a good heat dissipation of the heat generated by the PCT element. As a coating, for example, a ceramic coating in question, which is applied by means of PVD or CVD on the PTC element as Subtrat. An insulating layer applied as an insulating coating on the main side surface of the PTC element can be combined with an insulating plate of ceramic and / or plastic.
Die Bestromung des zumindest einen PTC-Elementes erfolgt in an sich bekannter Weise bevorzugt über einen Blechstreifen. Dieser bildet als einteiliges Bauteil sowohl die Kontaktzunge, als auch die elektrisch mit dem PTC-Element verbundene Elektrode aus. Diese Elektrode ist regelmäßig nicht die durch PVD oder CVD auf der Oberfläche des PTC-Elements aufgebrachte und daran anhaftende Metallisierung. Diese ist Teil des PTC-Elementes. Zur Kontaktierung hat der Blechstreifen einen elektrisch leitenden und an dem PTC-Element anliegenden Kontaktsteg, der üblicherweise in Längserstreckungsrichtung des Kontaktsteges durch die Kontaktzunge verlängert ist, die das Heizelementgehäuse außenseitig überragt. Alle übrigen Teile des PTC-Elementes sind durch Umspritzen des Kunststoffs entweder eingesiegelt oder innerhalb der Rahmenöffnung vorgesehen.The energization of the at least one PTC element is carried out in a conventional manner preferably via a metal strip. This forms as a one-piece component both the contact tongue, as well as the electrically connected to the PTC electrode. This electrode is usually not the metallization deposited by PVD or CVD on the surface of the PTC element and adhered thereto. This is part of the PTC element. For contacting the sheet metal strip has an electrically conductive and applied to the PTC element contact web, which is usually extended in the longitudinal direction of the contact web by the contact tongue, which projects beyond the Heizelementgehäuse outside. All other parts of the PTC element are either sealed by encapsulating the plastic or provided within the frame opening.
Zur Herstellung des PTC-Elementes nach der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt an gegenüberliegenden Randflächen der Blechstreifen elektrisch leitend mit dem PTC-Element verklebt. Es können auch mehrere PTC-Elemente mit dem Blechstreifen auf diese Weise verklebt sein. Die PTC-Elemente können mit Abstand zueinander vorgesehen sein, um im mittleren Bereich des PTC-Heizelementes eine Überhitzung zu vermeiden. Der Blechstreifen hat aber zumindest im Bereich des Steges eine etwas geringere Dicke als das PTC-Element. In dieser Weise vorbereitet, wird an gegenüberliegenden Hauptseitenflächen des oder der PTC-Elemente eine Isolationsplatte aufgelegt.To produce the PTC element according to the present invention, the metal strip is preferably adhesively bonded to the PTC element on opposite edge surfaces. It can also be glued several PTC elements with the metal strip in this way. The PTC elements can be provided at a distance from each other to avoid overheating in the central region of the PTC heating element. The sheet metal strip but at least in the region of the web has a slightly smaller thickness than the PTC element. Prepared in this way, an insulating plate is placed on opposite major side surfaces of the PTC element (s).
Die Isolationslage ist oder umfasst bevorzugt eine Isolationsplatte, beispielsweise eine Keramikplatte, da diese eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit hat. Die Isolationsplatte wird bevorzugs so aufgelegt, dass diese das oder die PTC-Elemente über den gesamten Umfang überragt und an denjenigen Stellen, wo sich der Blechstreifen befindet, diesen teilweise überdeckt. Die Isolationsplatte kann mit dem Blechstreifen und/oder dem PTC-Element durch Kleben verbunden bzw. vorläufig daran fixiert werden. Die so vorbereitete Einheit wird in eine Spritzgießform gegeben, in deren Formnest die Hauptseitenflächen der Isolationsplatte im Wesentlichen zwischen den Werkzeughälften geklemmt werden. Lediglich ein Randbereich zur Ausbildung des Kunststoffrahmens bleibt umfänglich um das PTC-Element und den Blechstreifen als umlaufender Ringkanal frei. In diesen Ringkanal wird danach Kunststoff, bevorzugt elastomerer Kunststoff eingespritzt, der vernetzt und damit aushärtet bzw. abbbindet. Nachdem eine hinreichende Formsteifigkeit des Kunststoffs erreicht ist, wird das fertige Erzeugnis aus der Spritzgießform entformt. Für das schonende Abdichten der Hauptseitenflächen der Isolierplatte kann die Spritzgussform in geschlossenem Zustand mit der Isolierplatte zusammenwirkende Flächen aufweisen die aus einem weichen, bevorzugt weichelastischen Material gebildet sind, beispielsweise einem Duroplasten. Das Spritzgießen des den Kunststoffrahmen ausbildenden Materials erfolgt bei relativ geringen Drücken.The insulating layer is or preferably comprises an insulating plate, for example a ceramic plate, since this has a relatively good thermal conductivity. The insulation plate is preferably placed so that this projects over the PTC elements or the entire circumference and at those locations where the sheet metal strip is, this partially covers. The insulating plate can be adhesively bonded to the metal strip and / or the PTC element. The thus prepared unit is placed in an injection mold, in the mold cavity, the main side surfaces of the insulation plate are clamped substantially between the mold halves. Only one edge region for the formation of the plastic frame remains circumferentially around the PTC element and the metal strip free as a circumferential annular channel. In this annular channel then plastic, preferably elastomeric plastic is injected, which crosslinks and thus hardens or abbbindet. After a sufficient dimensional stability of the plastic is achieved, the finished product is removed from the injection mold. For the gentle sealing of the main side surfaces of the insulating plate, the injection mold in the closed state with the insulating plate having cooperating surfaces which are formed of a soft, preferably soft elastic material, such as a thermoset. The injection molding of the plastic frame forming material takes place at relatively low pressures.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Kunststoffrahmen an seiner Außenseite mit einem verjüngten Anlagesteg versehen. Dieser Anlagesteg ist in Dickenrichtung des Kunststoffrahmens verjüngt ausgebildet. Der Anlagesteg ist üblicherweise zumindest an einem Rahmenholm des Kunststoffrahmens vorgesehen. Besonders bevorzugt ist der Anlagesteg an drei aufeinander folgenden Außenseiten bzw. Rahmenholmen des Kunststoffrahmens vorgesehen. An der den Kontaktflächen gegenüber liegenden Seite des Kunststoffrahmens bildet der unterseitige Anlagesteg eine Abdichtung gegenüber dem Boden eines Heizergehäuses. Die sich dazu rechtwinklig ersteckenden randseitigen Anlagestege dienen der Abdichtung gegenüber einer seitlichen Wand des Heizergehäuses. So können die PTC-Elemente alternierend versetzt vorgesehen sein, so dass jedes erste PTC-Heizelement an einer, beispielsweise linken Seite an dem Heizergehäuse anliegt, wohingegen jedes zweite PTC-Heizelement an der gegenüberliegenden, rechten Gehäusewand anliegt. Hierdurch wird auf einfache Weise an mäandrierender Strömungskanal gebildet. Die randseitigen Anlagestege dichten das PTC-Heizelement gegenüber dem Heizergehäuse ab. Der Anlagesteg ist bevorzugt einteilig ausgeformt, d.h. integraler Bestandteil des spritzgegossenen Kunststoffrahmens. Insbesondere der untere Anlagesteg kann auch als Kompressionselement genutzt werden, um nach Einbau des erfindungsgemäßen PTC-Heizelementes in das Heizergehäuse eine bestimmte Einbaulage durch elastische Vorspannkraft zu sichern. Diese Sicherung kann eine mechanische Sicherung sein, um das PTC-Heizelement mechanisch an dem Heizergehäuse festzulegen. Die Vorspannkraft kann aber auch oder ergänzend für eine zuverlässige Kontaktierung der Kontaktzungen durch Vorspannung des PTC-Heizelementes sorgen.According to a preferred embodiment of the present invention, the plastic frame is provided on its outer side with a tapered contact web. This contact bar is in the thickness direction the plastic frame tapers. The contact bar is usually provided at least on a frame rail of the plastic frame. Particularly preferably, the contact web is provided on three successive outer sides or frame members of the plastic frame. At the contact surfaces opposite side of the plastic frame of the lower side of the support web forms a seal against the bottom of a heater housing. At right angles to the edge-side abutment webs serve to seal against a side wall of the heater housing. Thus, the PTC elements may be provided alternately offset, so that each first PTC heating element at one, for example, left side abuts against the heater housing, whereas each second PTC heating element is applied to the opposite, right housing wall. This is formed in a simple manner meandering flow channel. The edges of the system contact the PTC heating element with respect to the heater housing. The contact web is preferably formed in one piece, ie integral part of the injection-molded plastic frame. In particular, the lower contact web can also be used as a compression element to secure after installation of the PTC heating element according to the invention in the heater housing a certain mounting position by elastic biasing force. This fuse can be a mechanical fuse to mechanically fix the PTC heater to the heater housing. The biasing force can also or additionally provide for a reliable contacting of the contact tongues by biasing the PTC heating element.
Die vorliegende Erfindung bietet die Möglichkeit, ein PTC-Heizelement wirtschaftlich herzustellen, indem die Kontaktzungen zusammen mit den Elektroden und dem wenigstens einen PTC-Element vormontiert und abgedeckt von Isolationsplatten an gegenüberliegenden Hauptseitenflächen des PTC-Elementes in eine Spritzgießform eingesetzt werden, in welcher der Kunststoffrahmen ausgebildet wird. Dieser wird bevorzugt durch ein Elastomer gebildet, so dass der Kunststoffrahmen auch Dichtmittel für eine Steckverbindung ausbilden kann, deren bevorzugt männliches Steckelement durch das PTC-Heizelement selber gebildet wird. Der elastomere Kunststoff hat ferner den Vorteil, dass der Kunststoffrahmen die Isolationsplatte und gegebenenfalls die Blechstreifen zur Bestromung des bzw. der PTC-Elemente dauerelastisch einsiegelt. Da die Isolationsplatte bevorzugt unmitttelbar an dem PTC-Element anliegt und dementsprechend die Bestromung des PTC-Elementes stirnseitig erfolgt, wird die von dem PTC-Element erzeugte Wärme bestmöglich ausgekoppelt. Das PTC-Heizelement ist leicht. Es lässt sich wirtschaftlich herstellen.The present invention offers the possibility of economically producing a PTC heating element by premounting the contact tongues together with the electrodes and the at least one PTC element and covering them with insulation plates on opposite main side surfaces of the PTC element into an injection mold in which the plastic frame is trained. This is preferably formed by an elastomer, so that the plastic frame can also form sealing means for a plug connection, preferably male plug element is formed by the PTC heating element itself. The elastomeric plastic also has the advantage that the plastic frame seals the insulating plate and optionally the metal strips for energizing the PTC elements or permanently elastic. Since the insulation plate preferably abuts directly on the PTC element and accordingly the energization of the PTC element takes place on the front side, the heat generated by the PTC element is coupled out in the best possible way. The PTC heating element is light. It can be produced economically.
Das PTC-Heizelement der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein PTC-Heizelement für einen Wasserheizer, wie er beispielsweise aus der
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektrische Heizvorrichtung mit mehreren in einer Zirkulationskammer angeordneten PTC-Heizelementen mit einem Heizelementgehäuse, das zumindest ein PTC-Element und das PTC-Element bestromende und Kontaktzungen für eine elektrische Steckverbindung ausformende Kontaktbleche als bauliche Einheit fügt, und mit einer Trennwand, die die Zirkulationskammer von einer Anschlusskammer trennt, in der die die Trennwand durchragende Kontaktzungen des PTC-Heizelementes freiliegen und elektrisch angeschlossen sind. Eine solche elektrische Heizvorrichtung ist beispielsweise aus der
Gattungsgemäß kann aber auch die auf die Anmelderin zurückgehende
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Solche Komponenten werden seit jeher gewichtsoptimiert ausgebildet. Des Weiteren muss aufgrund der hohen Stückzahlen in der Kfz-Industrie auf eine wirtschaftliche Herstellbarkeit geachtet werden. Bei elektrischen Heizvorrichtungen mit PTC-Heizelementen sind des Weiteren Ausgestaltungen zu bevorzugen, die zu einer möglichst unmittelbaren und symmetrischen Wärmeableitung der in dem PTC-Element erzeugten Wärme ermöglichen.In particular, the present invention relates to an electric heating device for a motor vehicle. Such components have always been weight-optimized. Furthermore, owing to the high quantities in the motor vehicle industry, economic manufacturability must be ensured. In electrical heaters with PTC heating elements further refinements are to be preferred, the most direct and allow symmetrical heat dissipation of the heat generated in the PTC element.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine elektrische Heizvorrichtung und ein PTC-Heizelement für eine solche elektrische Heizvorrichtung anzugeben, die sich wirtschaftlich herstellen lassen.The present invention is based on the problem to provide an electric heater and a PTC heating element for such an electric heater, which can be produced economically.
Zur Lösung des erstgenannten Aspekts wird Folgendes vorgechlagen:
- 1. Elektrische Heizvorrichtung mit mehreren in einer Zirkulationskammer (62) angeordneten PTC-Heizelementen (40) mit einem Heizelementgehäuse (134), das zumindest ein PTC-Element (120) und das PTC-Element bestromende und Kontaktzungen (42) für eine elektrische Steckverbindung ausformende Kontaktbleche (128) als bauliche Einheit fügt, und mit einer Trennwand (54), die die Zirkulationskammer (62) von einer Anschlusskammer (56) trennt, in der die die Trennwand (54) durchragenden Kontaktzungen (42) des PTC-Heizelementes (40) freiliegen und elektrisch angeschlossen sind, gekennzeichnet durch eine zwischen der Trennwand (54) und dem PTC-Heizelement (40) ausgebildete Steckverbindung, über welche das PTC-Heizelement (40) in Steckrichtung reib- und/oder formschlüssig an der Trennwand (54) gehalten ist.
- 2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch der Steckverbindung zugeordnete Dichtungsmittel, durch die das PTC-Heizelement (40) gegenüber der Trennwand (54) fluiddicht abgedichtet ist.
- 3. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Heizelement (40) das männliche Steckelement und die Trennwand (54) das weibliche Steckelement der Steckverbindung ausbildet und dass das PTC-Heizelement (40) einen die Kontaktbleche (128) umgebenden weichelastischen Dichtkragen (48) ausbildet, der in einer Steckaufnahme (44) der Trennwand (54) dichtend eingepresst ist, so dass das PTC-Heizelement (40) reibschlüssig an der Trennwand (54) gehalten ist.
- 4. PTC-Heizelement für eine elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das PTC-Heizelement (40) ein Heizelementgehäuse (134) hat, das zumindest ein PTC-Element (120) und das PTC-Element (120) bestromende Kontaktzungen (42) für den elektrischen Anschluss von elektrisch mit dem PTC-Element (120) verbundenen Leiterbahnen (128) als bauliche Einheit fügt, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelementgehäuse (134) durch ein Elastomer gebildet ist, welches das wenigstens eine PTC-Element (120) umfänglich einsiegelnd umschließt.
- 5. PTC-
Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial einen die Kontaktzungen (42) umfänglich umsiegelnden Dichtkragen (48) ausbildet, der als Steckverbindung für die Halterung des PTC-Heizelementes (40) angepasst ausgebildet ist. - 6. PTC-Heizelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkragen (48) in Richtung auf die freien Enden der Kontaktzungen (42) konisch zulaufend ausgebildet ist.
- 7. PTC-Heizelement einem der Ansprüche 4
bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelementgehäuse (134) als die Kontaktbleche (128) und das wenigstens eine PTC-Element (120) lediglich umfänglich fassender Rahmen (134) ausgebildet ist. - 8. PTC-Heizelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (134) eine Rahmendicke hat, die nicht größer als 0,5 der größten Dicke des Dichtkragens (48) ist.
- 9. PTC-Heizelement einem der Ansprüche 4
bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einander gegenüberliegende Hauptseitenflächen des PTC-Elementes (120) nicht mit dem Elastomermaterial belegt sind. - 10. PTC-Heizelement nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass einander gegenüberliegende Hauptseitenflächen (122) des zumindest einen PTC-Elementes (120) ganz überwiegend nicht mit einem Kontaktblech belegt sind.
- 11. PTC-Heizelement nach einem der Ansprüche 4
bis 10, gekennzeichnet durch eine Isolierlage (124), die unmittelbar an einer Hauptseitenfläche (122) des PTC-Elementes (120) wärmeleitend angelegt ist bzw. darauf vorgesehen ist. - 12. PTC-Heizelement nach einem der Ansprüche 4
bis 11, gekennzeichnet durch die Elektroden bildende Blechstreifen (128), die jeweils einen stirnseitig an dem PTC-Element (120) anliegenden Kontaktsteg (130) und die Kontaktzunge (42) ausbilden, die gegenüber dem Kontaktsteg (130) in der Breitenebene des PTC-Elements (120) verbreitetert ist. - 13. PTC-
Heizelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstreifen (128) an gegenüberliegenden Stirnseitenflächen (126) des PTC-Elementes (120) elektrisch leitend angeklebt sind. - 14. Gehäuse (22; 50) einer als Flüssigkeitsheizer ausgebildeten elektrischen Heizvorrichtung mit einer Anschlusskammer (56) und einer von einem zu erwärmenden Medium durchströmbaren Zirkulationskammer (14), wobei die beiden Kammern (56; 14) von einer durch das Gehäuse (22; 50) ausgebildeten Trennwand (54) aus Kunststoff voneinander getrennt sind, die zumindest eine Durchtrittsöffnung (46) für Kontaktzungen (42) eines in der Zirkulationskammer (14) anzuordnenden PTC-Heizelementes (40) aufweist, die in der Anschlusskammer (56) elektrisch an eine Bestromung des PTC-Elementes (120) bewirkende Leitungsbahnen anzuschließen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (54) ein weibliches Steckelement (44) einer das PTC-Heizelement (120) in Steckrichtung reib- und/oder formschlüssig haltenden Steckverbindung ausgebildet ist.
- An electric heating device having a plurality of PTC heating elements (40) arranged in a circulation chamber (62) with a heating element housing (134), the at least one PTC element (120) and the PTC element energizing and contact tongues (42) for an electrical plug connection forming forming contact plates (128) as a structural unit, and with a partition wall (54) which separates the circulation chamber (62) from a connection chamber (56) in which the separating wall (54) protruding contact tongues (42) of the PTC heating element ( 40) are exposed and are electrically connected, characterized by a between the partition (54) and the PTC heating element (40) formed via which the PTC heating element (40) in the insertion direction frictionally and / or positively on the partition (54 ) is held.
- 2. Electric heating device according to claim 1, characterized by the connector associated sealing means by which the PTC heating element (40) relative to the partition wall (54) is sealed fluid-tight.
- 3. Electric heating device according to claim 1 or 2, characterized in that the PTC heating element (40) the male plug element and the partition (54) forms the female plug element of the plug connection and that the PTC heating element (40) one contact plates (128 ) forms surrounding soft elastic sealing collar (48), which is in a plug-in receptacle (44) of the partition wall (54) sealingly pressed, so that the PTC heating element (40) is frictionally held on the partition wall (54).
- 4. PTC heating element for an electric heating device according to one of the preceding claims, wherein the PTC heating element (40) has a Heizelementgehäuse (134), the at least one PTC element (120) and the PTC element (120) energizing reeds ( 42) for the electrical connection of electrically connected to the PTC element (120) interconnects (128) adds as a structural unit, characterized in that the Heizelementgehäuse (134) is formed by an elastomer, the at least one PTC element (120 ) envelops circumferentially.
- 5. PTC heating element according to
claim 4, characterized in that the elastomeric material forming a contact tongues (42) circumferentially sealing collar (48) formed adapted as a plug connection for the holder of the PTC heating element (40). - 6. PTC heating element according to claim 5, characterized in that the sealing collar (48) in the direction of the free ends of the contact tongues (42) is tapered.
- 7. PTC heating element according to one of
claims 4 to 6, characterized in that the heating element housing (134) as the contact plates (128) and the at least one PTC element (120) only circumferentially captive frame (134) is formed. - 8. PTC heating element according to claim 7, characterized in that the frame (134) has a frame thickness which is not greater than 0.5 of the largest thickness of the sealing collar (48).
- 9. PTC heating element one of
claims 4 to 8, characterized in that opposing main side surfaces of the PTC element (120) are not covered with the elastomeric material. - 10. PTC heating element according to one of
claims 4 to 9, characterized in that opposing main side surfaces (122) of the at least one PTC element (120) are predominantly not occupied with a contact plate. - 11. PTC heating element according to one of
claims 4 to 10, characterized by an insulating layer (124) which is applied directly to a main side surface (122) of the PTC element (120) thermally conductive or is provided thereon. - 12. PTC heating element according to one of
claims 4 to 11, characterized by the electrodes forming sheet metal strip (128), each forming a front side of the PTC element (120) contact strip (130) and the contact tongue (42) opposite the contact land (130) in the width plane of the PTC element (120) is propagated. - 13. PTC heating element according to
claim 12, characterized in that the sheet-metal strip (128) on opposite end faces (126) of the PTC element (120) are electrically conductively adhered. - 14. Housing (22; 50) of an electrical heating device designed as a liquid heater with a connection chamber (56) and one of a medium to be heated flow through the circulation chamber (14), wherein the two chambers (56, 14) of a by the housing (22; 50) formed partition wall (54) are separated from plastic, the at least one passage opening (46) for contact tongues (42) of an in the circulation chamber (14) to be arranged PTC heating element (40) to connect in the connection chamber (56) electrically to an energization of the PTC element (120) causing line paths, characterized in that the partition (54) is a female plug element ( 44) of the PTC heating element (120) in the insertion direction frictionally and / or positively retaining plug connection is formed.
Die elektrische Heizvorrichtung ist bevorzugt eine elektrische Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Sie ist insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung für die Erwärmung eines flüssigen Mediums, was bedingt, dass die die Anschlusskammer von der Zirkulationskammer trennende Trennwand fluiddicht ausgebildet ist. Regelmäßig sind zu der Zirkulationskammer führende Ein- und Auslassöffnungen in Form von Anschlussstutzen ausgebildet, die von einem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung, welches die Trennwand üblicherweise in sich aufnimmt, außenseitig abragen.The electric heater is preferably an electric heater for a motor vehicle. In particular, it is an electric heating device for heating a liquid medium, which requires that the separating wall separating the connection chamber from the circulation chamber is made fluid-tight. Regularly leading to the circulation chamber inlet and outlet openings in the form of connecting pieces are formed, which protrude from a housing of the electric heater, which usually receives the partition in itself, outside.
Die elektrische Heizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hat ein PTC-Heizelement. Zwischen der Zirkulationskammer und der Anschlusskammer, in welcher die Kontaktzungen des PTC-Heizelementes für den elektrischen Anschluss freiliegen, ist eine Trennwand vorgesehen. Die Trennwand ist üblicherweise Teil des Gehäuses der elektrischen Heizvorrichtung. Die Trennwand ist üblicherweise innerhalb des Gehäuses vorgesehen. Die Zirkulationskammer und die Anschlusskammer sind bevorzugt jeweils durch Gehäusedeckel abgedeckt, die mit einem ersten und/oder zweiten Gehäuseteil verbunden sind. Bevorzugt ist das elektrische Gehäuse der vorliegenden Erfindung durch ein einteiliges Gehäusebasisteil gebildet, welches endseitig bevorzugt durch im Wesentlichen plattenförmige Abdeckelemente verschlossen ist. Das Gehäusebasisteil ist bevorzugt aus Kunststoff hergestellt, bevorzugt aus einem vernetzenden Kunststoff, wie beispielsweise einem Duroplasten.The electric heater according to the present invention has a PTC heating element. Between the circulation chamber and the connection chamber, in which the contact tongues of the PTC heating element for the electrical connection are exposed, a partition wall is provided. The partition is usually part of the housing of the electric heater. The partition is usually provided inside the housing. The circulation chamber and the connection chamber are preferably each covered by housing cover, which are connected to a first and / or second housing part. Preferably, the electrical housing of the present invention is formed by a one-piece housing base part, which end is preferably closed by substantially plate-shaped cover elements. The housing base part is preferably made of plastic, preferably of a crosslinking plastic, such as a thermoset.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zwischen der Trennwand und dem PTC-Heizelement eine Steckverbindung ausgebildet ist. Durch diese Steckverbindung ist das PTC-Heizelement in Steckverbindung reib- und/oder formschlüssig an der Trennwand gehalten. Diese Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, die PTC-Heizelemente zunächst als separate Bauteile herzustellen, bevorzugt mit einem männlichen Steckelement als Teil des Heizelementgehäuses. In solcher Weise vorbereitet, können die PTC-Heizelemente allein durch die Steckverbindung an der Trennwand zumindest vorläufig montiert und damit verbunden werden. Sie sind damit reib- und/oder formschlüssig an der Trennwand gehalten. Die so vormontierte Baueinheit kann weiterverarbeitet werden. So kann beispielsweise ein die Zirkulationskammer schließender Gehäusedeckel gegen ein Gehäuseteil, beispielsweise das Gehäusebasisteil angelegt werden, um die Zirkulationskammer zu schließen. Dabei kann der entsprechende Gehäusedeckel bzw. ein gefügtes Gehäuseteil auch endseitig gegen die PTC-Heizelemente angelegt werden, um die zunächst vorläufige Steckverbindung dauerhaft für den Betrieb der PTC-Heizvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, in dem regelmäßig relative hohe Vibrationen auftreten können, zu sichern.According to the invention, it is proposed that a plug connection is formed between the partition wall and the PTC heating element. By means of this plug-in connection, the PTC heating element is frictionally and / or positively held on the partition in a plug connection. This embodiment offers the possibility of first producing the PTC heating elements as separate components, preferably with a male plug element as part of the heating element housing. Prepared in such a way, the PTC heating elements can be at least provisionally mounted and connected by the plug connection on the partition wall alone. They are thus frictionally and / or positively held on the partition. The pre-assembled unit can be further processed. For example, a housing cover closing the circulation chamber may be applied against a housing part, for example the housing base part, to close the circulation chamber. In this case, the corresponding housing cover or a joined housing part can also be applied against the ends of the PTC heating elements to permanently secure the initially provisional connector for the operation of the PTC heater in a motor vehicle in which regularly relatively high vibrations can occur.
Zwar offenbart auch die
Der Steckverbindung zugeordnete Dichtungsmittel sind dabei bevorzugt so ausgebildet, dass das PTC-Heizelement gegenüber der Trennwand fluiddicht abgedichtet ist. Als Fluid wird hierbei insbesondere eine Flüssigkeit verstanden, die mit Überdruck in die Zirkulationskammer eingeleitet wird. Der Systemdruck der Flüssigkeit liegt bei etwa 1,5 bis 3 bar. Die Dichtmittel sind solcher Qualität, dass auch bei höheren Systemdrücken keine Flüssigkeit von der Zirkulationskammer in die Anschlusskammer gelangen kann.The plug connection associated sealing means are preferably formed so that the PTC heating element is sealed fluid-tight with respect to the partition. In this case, fluid is understood in particular to be a fluid which is introduced into the circulation chamber with overpressure. The system pressure of the liquid is about 1.5 to 3 bar. The sealants are of such quality that even at higher system pressures no liquid can pass from the circulation chamber into the connection chamber.
Das Heizelement bildet bevorzugt das männliche Steckelement aus und die Trennwand das weibliche Steckelement der Steckverbindung. Das PTC-Heizelement hat dafür bevorzugt einen die Kontaktzungen umgebenden weichelastischen Dichtkragen. Dieser ist in einer Steckaufnahme der Trennwand dichtend eingepresst. Der Dichtkragen ist bevorzugt einteilig mit dem Heizelementgehäuse ausgebildet, welches hierzu bevorzugt aus einem Elastomer gebildet ist. Der Dichtkragen ist so ausgebildet, dass das PTC-Heizelement in Steckrichtung reibschlüssig an der Trennwand gehalten ist.The heating element preferably forms the male plug element and the partition wall, the female plug element of the connector. For this purpose, the PTC heating element preferably has a soft-elastic sealing collar surrounding the contact tongues. This is pressed sealingly in a socket of the partition. The sealing collar is preferably formed integrally with the heating element housing, which is preferably formed from an elastomer for this purpose. The sealing collar is designed so that the PTC heating element is frictionally held in the insertion direction on the partition wall.
Die konkrete Ausgestaltung des erfindungsgemäßen PTC-Heizelementes wird in dem nebengeordneten Anspruch 4 und in den darauf zurückbezogen und auf das PTC-Heizelement gerichteten Ansprüchen definiert.The specific embodiment of the PTC heating element according to the invention is defined in the
Das erfindungsgemäße PTC-Heizelement hat ein durch einen Elastomer gebildetes Heizelementgehäuse. Das Elastomer ist bevorzugt kein thermoplastisches Elastomer, sondern ein vernetztes Elastomer, welches durch Wärmezufuhr nicht aufschmelzbar ist. Dieses Heizelementgehäuse siegelt das wenigstens eine PTC-Element umfänglich ein und umschließt dieses. Durch das Heizelementgehäuse wird bevorzugt ein männliches Steckelement einer Steckverbindung ausgebildet. The PTC heating element according to the invention has a heating element housing formed by an elastomer. The elastomer is preferably not a thermoplastic elastomer, but a crosslinked elastomer, which is not meltable by supplying heat. This Heizelementgehäuse seals the at least one PTC element circumferentially and encloses this. By the heating element housing, a male plug element of a plug connection is preferably formed.
Bevorzugt bildet das Elastomer einen die Kontaktzungen umfänglich einsiegelnden Dichtkragen aus. Dieser Dichtkragen ist als Steckverbindung für die Halterung des PTC-Heizelementes in Einstreckrichtung angepasst ausgebildet.The elastomer preferably forms a sealing collar which circumferentially seals off the contact tongues. This sealing collar is formed adapted as a plug connection for the holder of the PTC heating element in the direction of stretching.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Dichtkragen in Richtung der freien Enden der Kontaktzungen konisch zulaufend ausgebildet. Der Dichtkragen kann als Labyrinthdichtung mit mehreren für sich jeweils konisch zulaufenden Segmenten versehen sein. Die einzelnen Segmente sind dabei in Längsrichtung der Kontaktzunge hintereinander vorgesehen und beispielsweise so dimensioniert, dass sämtliche Segmente identischen maximale Breite haben. Am Ende dieses Dichtkragens kann durch das Elastomermaterial des Heizelementgehäuses ein Anschlag ausgebildet sein, der axial und/oder radial mit einer durch die Trennwand gebildeten Gegenfläche zusammenwirkt. Der Anschlag ist üblicherweise scheibenförmig ausgeformt.According to a preferred embodiment of the present invention, the sealing collar is tapered in the direction of the free ends of the contact tongues. The sealing collar can be provided as a labyrinth seal with a plurality of segments each tapering in each case. The individual segments are provided one behind the other in the longitudinal direction of the contact tongue and dimensioned, for example, so that all segments have identical maximum width. At the end of this sealing collar may be formed by the elastomeric material of the Heizelementgehäuses a stop which cooperates axially and / or radially with a counter-surface formed by the partition wall. The stop is usually shaped disc-shaped.
Der Dichtkragen kann insgesamt aus dem Elastomermaterial gebildet sein. In diesem Fall wird der Dichtkragen lediglich durch das die Kontaktzunge bildende Blechmaterial durchsetzt. Der Dichtkragen kann aber auch als verhältnismäßig dünne Schicht auf einem Stopfenelement vorgesehen sein, welches von dem die Kontaktzunge ausbildenden Blech durchsetzt ist. Dieses Stopfenelement kann beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein, der mittels Umspritzen des Blechmaterials mit diesem verbunden wird. Ein Stopfenelement kann dabei zwei Kontaktbleche in vorbestimmtem Abstand halten und damit fügen. Das so vorbereitete Stopfenelement kann zusammen mit den Kontaktblechen, die bevorzugt bereits mit dem PTC-Element elektrisch leitend kontaktiert sind, in eine Spritzgießform eingesetzt werden, um das Heizelementgehäuse im Wege des Spritzgießens auszubilden und mit dem PTC-Element, bevorzugt zusammen mit einer außenseitig unmittelbar auf das PTC-Element aufgelegten Isolierlage zu verbinden.The sealing collar can be formed entirely from the elastomeric material. In this case, the sealing collar is penetrated only by the contact tongue forming sheet material. However, the sealing collar can also be provided as a relatively thin layer on a plug element, which is penetrated by the sheet forming the contact tongue. This plug element may for example be formed from a plastic, which is connected by means of encapsulation of the sheet material with this. A plug element can hold two contact plates at a predetermined distance and thus add. The thus prepared plug element can be used together with the contact plates, which are preferably electrically conductively contacted with the PTC element in an injection mold to form the Heizelementgehäuse by way of injection molding and with the PTC element, preferably together with an outside immediately To connect to the PTC element applied insulating layer.
So wird mit einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, das Gehäuse als die Kontaktbleche und das wenigstens eine PTC-Element lediglich umfänglich fassender Rahmen auszubilden. Der Rahmen bildet einander gegenüberliegende Rahmenöffnungen aus, hinter denen das PTC-Element freiliegt. In zumindest einer der Rahmenöffnungen liegt bevorzugt die Isolierplatte, die bevorzugt durch eine Keramikplatte gebildet wird, frei. Hinter der Isolierplatte befindet sich üblicherweise unmittelbar das PTC-Element. So erfolgt die Kontaktierung des PTC-Elementes bevorzugt stirnseitig, was eine gute Auskopplung der durch das PTC-Element erzeugten Wärme begünstigt.Thus, it is proposed with a preferred embodiment of the present invention to form the housing as the contact plates and the at least one PTC element only circumferentially comprehensive frame. The frame forms opposing frame openings behind which the PTC element is exposed. In at least one of the frame openings is preferably the insulating plate, which is preferably formed by a ceramic plate, free. Behind the insulating usually located directly the PTC element. Thus, the contacting of the PTC element is preferably the front side, which favors a good decoupling of the heat generated by the PTC element.
Der Rahmen ist als verhältnismäßig dünnes Bauteil ausgeformt, so dass er innerhalb der Zirkulationskammer nur wenig Bauraum einnimmt. Dies bietet die Möglichkeit, die einzelnen PTC-Heizelemente innerhalb der Zirkulationskammer relativ dicht nebeneinander anzuordnen. Allein der Dichtkragen überragt die Dicke des Rahmens nicht unwesentlich. So wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, den Rahmen mit einer Dichte von nicht größer als 0,5 der Dicke des Dichtkragens auszubilden.The frame is formed as a relatively thin component, so that it takes up little space within the circulation chamber. This offers the possibility of arranging the individual PTC heating elements relatively close to each other within the circulation chamber. But the sealing collar extends beyond the thickness of the frame not insignificant. Thus, it is proposed according to a preferred embodiment of the present invention to form the frame with a density of not greater than 0.5 of the thickness of the sealing collar.
Des Weiteren sind einander gegenüberliegende Hauptseitenflächen des PTC-Elementes bevorzugt überwiegend nicht mit dem das Heizelementgehäuse ausbildenden Elastomer belegt. Dies bedeutet, dass zumindest 85% einer Hauptseitenfläche des PTC-Elementes innerhalb der Rahmenöffnung freiliegt und nicht von dem Elastomermaterial bedeckt ist. In entsprechender Weise wird vorgeschlagen, dass einander gegenüberliegende Hauptseitenflächen des PTC-Elementes ganz überwiegend nicht mit einem Kontaktblech belegt sind. Die Kontaktierung des bzw. der PTC-Elemente erfolgt somit überwiegend, bevorzugt ausschließlich, über die Stirnseite des bzw. der PTC-Elemente. So liegt die Isolierlage regelmäßig unmittelbar an dem PTC-Element an. Besonders bevorzugt wird das PTC-Element durch die gegenüberliegenden Isolierlagen überragt. Das Kontaktblech ist dabei üblicherweise dasjenige Element des PTC-Heizelementes, welches die Kontaktzunge ausformt und unmittelbar elektrisch leitend als Elektrode mit dem PTC-Element verbunden, bevorzugt daran angeklebt ist.Furthermore, opposing main side surfaces of the PTC element are preferably predominantly not covered by the elastomer forming the heating element housing. This means that at least 85% of a major side surface of the PTC element is exposed within the frame opening and is not covered by the elastomeric material. In a corresponding manner, it is proposed that opposing main side surfaces of the PTC element are predominantly not covered with a contact plate. The contacting of the PTC elements or the PTC elements is thus predominantly, preferably exclusively, on the front side of the PTC elements or. Thus, the insulating layer is regularly applied directly to the PTC element. Particularly preferably, the PTC element is surmounted by the opposite insulating layers. The contact plate is usually that element of the PTC heating element, which forms the contact tongue and directly electrically conductively connected as an electrode to the PTC element, preferably adhered thereto.
Die Isolierlagen können aus einer ein- oder mehrschichtigen Isolierplatte gebildet sein, die im Wesentlichen die gesamte Hauptseitenfläche des PTC-Elementes abdeckt, diese regelmäßig überdeckt, d.h. zumindest einseitig, bevorzugt mehrseitig und besonders bevorzugt vollumfänglich das PTC-Element überragt. Die Isolierlage kann beispielsweise durch eine Kombination einer Keramikplatte mit einer Kunststoffplatte gebildet sein. Die Isolierlage kann aber auch beispielsweise durch Beschichten des PCT-Elementes mit einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein. In diesem Fall bildet das PTC-Element das Substrat aus, und die Außenfläche der Isolierlage liegt üblicherweise innerhalb des Kunststoffrahmens frei, so dass sich ein guter Wärmeaustrag der von dem PCT-Element erzeugten Wärme ergibt. Als Beschichtung kommt beispielsweise eine keramische Beschichtung in Frage, die mittels PVD oder CVD auf dem PTC-Element als Subtrat aufgebracht ist. Eine als isolierende Beschichtung auf die Hauptseitenfläche des PTC-Elementes aufgebrachte Isolierlage kann mit einer Isolierplatte aus Keramik und/oder Kunststoff kombiniert werden.The insulating layers may be formed from a single- or multi-layer insulating plate which covers substantially the entire main side surface of the PTC element, this regularly covered, ie at least one side, preferably multi-sided and particularly preferably fully extends beyond the PTC element. The insulating layer can be formed for example by a combination of a ceramic plate with a plastic plate. However, the insulating layer may also be formed, for example, by coating the PCT element with an electrically insulating material. In this case, the PTC element forms the substrate, and the outer surface of the insulating layer is usually inside of the plastic frame, so that a good heat dissipation results from the heat generated by the PCT element. As a coating, for example, a ceramic coating in question, which is applied by means of PVD or CVD on the PTC element as Subtrat. An insulating layer applied as an insulating coating on the main side surface of the PTC element can be combined with an insulating plate of ceramic and / or plastic.
In solcher Weise ausgebildet, formt das Kontaktblech einen Blechstreifen aus. Der Blechstreifen hat bevorzugt einen stirnseitig an dem PTC-Element anliegenden Kontaktsteg und formt des Weiteren die Kontaktzunge aus. Die Kontaktzungen der beiden elektrisch leitend an gegenüberliegenden Stirnseiten des PTC-Elementes anliegenden Blechstreifen sind jeweils gegenüber dem zugeordneten Kontaktsteg in der breiten Ebene des PTC-Elementes verbreitert. Üblicherweise überragen die Kontaktzungen das PTC-Element in Längen- und Breitenrichtung und sind aufeinander zu gerichtet.Designed in such a way, the contact plate forms a metal strip. The sheet-metal strip preferably has a contact web which bears against the front side of the PTC element and further forms the contact tongue. The contact tongues of the two electrically conductive on opposite end faces of the PTC element adjacent sheet metal strips are each widened relative to the associated contact land in the broad plane of the PTC element. Usually, the contact tongues protrude beyond the PTC element in the length and width direction and are directed towards each other.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Kunststoffrahmen an seiner Außenseite mit einem verjüngten Anlagesteg versehen. Dieser Anlagesteg ist in Dickenrichtung des Kunststoffrahmens verjüngt ausgebildet. Der Anlagesteg ist üblicherweise zumindest an einem Rahmenholm des Kunststoffrahmens vorgesehen. Besonders bevorzugt ist der Anlagesteg an drei aufeinander folgenden Außenseiten bzw. Rahmenholmen des Kunststoffrahmens vorgesehen. An der den Kontaktflächen gegenüber liegenden Seite des Kunststoffrahmens bildet der unterseitige Anlagesteg eine Abdichtung gegenüber dem Boden eines Heizergehäuses. Die sich dazu rechtwinklig ersteckenden randseitigen Anlagestege dienen der Abdichtung gegenüber einer seitlichen Wand des Heizergehäuses. So können die PTC-Elemente alternierend versetzt vorgesehen sein, so dass jedes erste PTC-Heizelement an einer, beispielsweise linken Seite an dem Heizergehäuse anliegt, wohingegen jedes zweite PTC-Heizelement an der gegenüberliegenden, rechten Gehäusewand anliegt. Hierdurch wird auf einfache Weise an mäandrierender Strömungskanal gebildet. Die randseitigen Anlagestege dichten das PTC-Heizelement gegenüber dem Heizergehäuse ab. Der anlagesteg ist bevorzugt einteilig ausgeformt, d.h. integraler Bestandteil des spritzgegossenen Kunststoffrahmens. Insbesondere der untere Anlagesteg kann auch als Kompressionselement genutzt werden, um nach Einbau des erfindungsgemäßen PTC-Heizelementes in das Heizergehäuse eine bestimmte Einbaulage durch elastische Vorspannkraft zu sichern. Diese Sicherung kann eine mechanische Sicherung sein, um das PTC-Heizelement mechanisch an dem Heizergehäuse festzulegen. Die Vorspannkraft kann aber auch oder ergänzend für eine zuverlässige Kontaktierung der Kontaktzungen durch Vorspannung des PTC-Heizelementes sorgen.According to a preferred embodiment of the present invention, the plastic frame is provided on its outer side with a tapered contact web. This contact web is tapered in the thickness direction of the plastic frame. The contact bar is usually provided at least on a frame rail of the plastic frame. Particularly preferably, the contact web is provided on three successive outer sides or frame members of the plastic frame. At the contact surfaces opposite side of the plastic frame of the lower side of the support web forms a seal against the bottom of a heater housing. At right angles to the edge-side abutment webs serve to seal against a side wall of the heater housing. Thus, the PTC elements may be provided alternately offset, so that each first PTC heating element at one, for example, left side abuts against the heater housing, whereas each second PTC heating element is applied to the opposite, right housing wall. This is formed in a simple manner meandering flow channel. The edges of the system contact the PTC heating element with respect to the heater housing. The contact web is preferably formed in one piece, i. integral part of the injection-molded plastic frame. In particular, the lower contact web can also be used as a compression element to secure after installation of the PTC heating element according to the invention in the heater housing a certain mounting position by elastic biasing force. This fuse can be a mechanical fuse to mechanically fix the PTC heater to the heater housing. The biasing force can also or additionally provide for a reliable contacting of the contact tongues by biasing the PTC heating element.
Gemäß ihrem nebengeordneten Aspekt schlägt die vorliegende Erfindung ein Gehäuse einer als Flüssigkeitsheizer ausgebildeten elektrischen Heizvorrichtung vor. Das Gehäuse kann als Gehäuseteil des Flüssigkeitsheizers ausgebildet sein. Das Gehäuse formt zumindest die Trennwand zwischen der Zirkulationskammer und der Anschlusskammer aus, die zumindest eine Durchtrittöffnung für Kontaktzungen eines in der Zirkulationskammer angeordneten PTC-Heizelementes aufweist. Nach der vorliegenden Erfindung ist die Trennwand mit zumindest einem weiblichen Steckelement einer das PTC-Heizelement in Steckrichtung reib- und/oder formschlüssig haltenden Steckverbindung ausgebildet. Dazu kann die Trennwand Rastmittel aufweisen, die mit dem eingesteckten PTC-Heizelement verrasten, um dieses an der Trennwand zu halten. Das PTC-Heizelement kann auch allein reibschlüssig mit dem weiblichen Steckelement zusammenwirken. Das Gehäuse ist bevorzugt aus einem Duroplasten gebildet.According to its independent aspect, the present invention proposes a housing of an electric heater designed as a liquid heater. The housing may be formed as a housing part of the liquid heater. The housing forms at least the partition wall between the circulation chamber and the connection chamber, which has at least one passage opening for contact tongues of a PTC heating element arranged in the circulation chamber. According to the present invention, the partition with at least one female plug element of the PTC heating element in the insertion direction frictionally and / or positively retaining plug connection is formed. For this purpose, the partition may have latching means which engage with the inserted PTC heating element to hold it to the partition wall. The PTC heating element can also interact frictionally alone with the female plug element. The housing is preferably formed from a thermoset.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Heizvorrichtung mit einem Gehäuse, das Ein- und Auslassöffnungen für das zu erwärmende Fluid und eine Zirkulationskammer sowie eine von der Zirkulationskammer durch eine bevorzugt fluiddichte Trennwand getrennte Anschlusskammer ausbildet. In der Zirkulationskammer liegt eine wärmeabgebende Fläche eines PTC-Heizelementes frei. Diese wärmeabgebende Fläche ist wärmeleitend mit einem PTC-Element gekoppelt. Das PTC-Element ist mit elektrischen Leiterbahnen zu unterschiedlichen Polaritäten elektrisch leitend kontaktiert, die in der Anschlusskammer elektrisch angeschlossen sind.The present invention further relates to an electrical heating device having a housing which forms inlet and outlet openings for the fluid to be heated and a circulation chamber and a connection chamber separated from the circulation chamber by a preferably fluid-tight partition wall. In the circulation chamber, a heat-emitting surface of a PTC heating element is exposed. This heat-emitting surface is thermally coupled to a PTC element. The PTC element is contacted with electrical conductors to different polarities electrically conductive, which are electrically connected in the connection chamber.
Eine solche elektrische Heizvorrichtung kann gemäß
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung für die Beheizung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens. Die elektrische Heizvorrichtung ist dementsprechend ein Bauteil, welches sich wirtschaftlich herstellen lassen muss. The present invention relates in particular to an electrical heating device for heating a motor vehicle, in particular a passenger car. The electric heater is accordingly a component which must be economical to manufacture.
Grundsätzlich ist bei Einbauteilen für Kraftfahrzeuge darauf zu achten, dass die Einbauteile gewichtsoptimiert ausgebildet sind. Mit Blick darauf schlägt die ebenfalls als gattungsgemäß anzusehende
Die zuletzt diskutierte Lösung lässt sich zwar wirtschaftlicher herstellen und ist auch gegenüber früheren Vorschlägen mit einem reinen Metallgehäuse im Gewicht reduziert. Es bleiben aber insbesondere mit Blick auf die Elektromobilität und den zunehmenden Einsatz von elektrischen Heizvorrichtungen als Flüssigkeitsheizer in den Kraftfahrzeugen noch Wünsche offen.The solution discussed last can indeed be produced more economically and is also reduced in weight compared with earlier proposals with a pure metal housing. However, especially with regard to electromobility and the increasing use of electric heaters as liquid heaters in motor vehicles, there still remains some desires.
Die vorliegende Erfindung will eine elektrische Heizvorrichtung angeben, die leicht ist und sich kostengünstig herstellen lässt.The present invention seeks to provide an electric heater that is lightweight and inexpensive to manufacture.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird Folgendes vorgeschlagen:
- 1. Elektrische Heizvorrichtung mit einem Gehäuse (2), das Ein- und Auslassöffnungen (10; 12) für ein zu erwärmendes Fluid und eine mit den Ein- und Auslassöffnungen (10; 12) kommunizierende Zirkulationskammer (14) ausbildet, in die zumindest ein PTC-Heizelement (40) mit zumindest einem PTC-Element (8) hineinragt, das mit Kontaktzungen (42) für den elektrischen Anschluss versehen ist, die in einer Anschlusskammer (56) freiliegen, die von der Zirkulationskammer (14) durch eine Trennwand (54) getrennt ist, wobei das Gehäuse (2) ferner eine Steuerkammer (62) zur Aufnahme einer Steuervorrichtung (106) ausbildet, die steuerungsmäßig mit dem zumindest einen PTC-Heizelement (40) gekoppelt ist, gekennzeichnet durch ein aus Kunststoff gebildetes, einteiliges Gehäusebasisteil (50), das die Trennwand (54) und Wandungen (52, 58) ausformt, die die Zirkulationskammer (14) und die Anschlusskammer (56) umfänglich umgeben.
- 2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebasisteil (50) die Steuerkammer (62) umfänglich umgebende Wandungen (60) ausbildet.
- 3. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebasisteil (50) zwischen der Zirkulationskammer (14) und der Steuerkammer (62) eine Wandung (64) ausbildet, die mit einer Durchgangsöffnung (84) versehen ist, in die ein Kühlkörper (86) dichtend eingesetzt ist, der wärmeleitend mit der Zirkulationskammer (14) gekoppelt ist.
- 4. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (86) in einem Kühlkanal (26) der Zirkulationskammer (14) freilegt, der von einer durch das Gehäusebasisteil (50) gebildeten Kanalwand (28, 30) begrenzt ist, die als Strahlungsabschirmung zwischen dem Kühlkörper (86) und dem in der Zirkulationskammer (14) vorgesehenen PTC-Heizelement (40) vorgesehen ist.
- 5. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 3
oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (86) über einen Bajonettverschluss (94, 96) in der Durchgangsöffnung (84) gehalten ist. - 6. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebasisteil (50) eine die Umfangsflächen der Zirkulationskammer bildende erste Kunststoffwanne (102), eine die Umfangsflächen der Anschlusskammer bildende zweite Kunststoffwanne (100) und eine die Umfangsflächen der Steuerkammer (62) bildende dritte Kunststoffwanne (98) ausformt, wobei die erste und die zweite Kunststoffwanne (102; 100) zu gegenüberliegenden Seiten hin offen und durch die Trennwand (54) voneinander getrennt sind und die dritte Kunststoffwanne (98) sich rechtwinklig zu der ersten und der zweiten Kunststoffwanne (102; 100) erstreckt.
- 7. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Anschlusskammer (56), die Zirkulationskammer (14) und/oder die Steuerkammer (62) umfänglich umgebenden Wandungen (58, 52, 60) stirnseitig mit einer umlaufenden Nut (68; 66; 70) versehen sind.
- 8. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine sich zwischen unterschiedlichen Kammern (56, 62) erstreckende, durch Umspritzen abgedichtet in dem aus einem Duroplasten geformten Gehäusebasisteil (50) aufgenommene Stromschiene (104).
- 9. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Steuerkammer (62) unterseitig begrenzender Steuerkammerboden (64) eine die Anschlusskammer (56) umfänglich umgebende Wandung (68) ausbildet und von zumindest einer Stromschiene (104) durchsetzt ist, die in der Anschlusskammer (56) einen elektrischen Anschluss (108) zu einer in der Steuerkammer (62) aufgenommenen Leiterplatte (106) ausbildet.
- 10. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (104) in der Anschlusskammer (56) eine sich parallel zu den Kontaktzungen (42) des PTC-Heizelementes (40) erstreckende Anschlusszunge (108) ausbildet.
- 11. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 3
oder 4 und 6bis 10, soweit nicht von Anspruch 5 abhängig, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (86) mittels Umspritzen in dem Gehäuse (2) dichtend aufgenommen ist.
- An electric heating device having a housing (2) which forms inlet and outlet openings (10; 12) for a fluid to be heated and a circulation chamber (14) communicating with the inlet and outlet openings (10; 12) into which at least one PTC heating element (40) with at least one PTC element (8) projects, which is provided with contact tongues (42) for the electrical connection, which are exposed in a connection chamber (56) from the circulation chamber (14) by a partition ( 54), the housing (2) further forming a control chamber (62) for receiving a control device (106) which is controllably coupled to the at least one PTC heating element (40), characterized by a one-piece housing base formed of plastic (50) forming the partition wall (54) and walls (52, 58) circumferentially surrounding the circulation chamber (14) and the connection chamber (56).
- 2. Electric heating device according to claim 1, characterized in that the housing base part (50) forms the control chamber (62) circumferentially surrounding walls (60).
- 3. Electrical heating device according to claim 1 or 2, characterized in that the housing base part (50) between the circulation chamber (14) and the control chamber (62) forms a wall (64) which is provided with a passage opening (84) in the a heat sink (86) is sealingly inserted, which is thermally conductively coupled to the circulation chamber (14).
- 4. An electric heater according to claim 3, characterized in that the heat sink (86) in a cooling channel (26) of the circulation chamber (14) exposed, which is bounded by a by the housing base part (50) formed channel wall (28, 30) is provided as a radiation shield between the heat sink (86) and provided in the circulation chamber (14) PTC heating element (40).
- 5. Electric heating device according to one of
claims 3 or 4, characterized in that the cooling body (86) via a bayonet closure (94, 96) is held in the passage opening (84). - 6. Electrical heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing base part (50) forming a peripheral surfaces of the circulation chamber first plastic tub (102), a peripheral surfaces of the connection chamber forming the second plastic tub (100) and the peripheral surfaces of the control chamber (62 forming the third plastic trough (98), wherein the first and second plastic troughs (102, 100) are open to opposite sides and separated by the dividing wall (54) and the third plastic trough (98) is perpendicular to the first and second plastic troughs (98) second plastic tub (102, 100) extends.
- 7. Electrical heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting chamber (56), the circulation chamber (14) and / or the control chamber (62) circumferentially surrounding walls (58, 52, 60) frontally with a circumferential groove ( 68, 66, 70).
- 8. Electric heating device according to one of the preceding claims, characterized by a between different chambers (56, 62) extending, sealed by encapsulation in the formed of a thermoset housing base part (50) received busbar (104).
- 9. Electric heating device according to one of the preceding claims, characterized in that a control chamber (62) underside delimiting control chamber bottom (64) forms a connection chamber (56) circumferentially surrounding wall (68) and is penetrated by at least one bus bar (104) in the connection chamber (56) has an electrical connection (108) to one in the control chamber (62 ) formed circuit board (106) forms.
- 10. Electric heating device according to claim 9, characterized in that the bus bar (104) in the connection chamber (56) forms a parallel to the contact tongues (42) of the PTC heating element (40) extending terminal tongue (108).
- 11. Electric heating device according to one of
3 or 4 and 6 to 10, as far as not dependent on claim 5, characterized in that the heat sink (86) by means of encapsulation in the housing (2) is sealingly received.claims
Die elektrische Heizvorrichtung hat ein Gehäuse, welches die Zirkulationskammer und die Anschlusskammer ausbildet, wobei in der Zirkulationskammer das zu erwärmende Fluid strömt und in der Anschlusskammer der elektrische Anschluss des PTC-Heizelementes an den Leistungsstrom erfolgt. Es versteht sich von selbst, dass mehrere PTC-Heizelemente in der Zirkulationskammer vorgesehen sein können. Diese können in an sich bekannter Weise innerhalb der Anschlusskammer über eine elektrisch leitende Platte bzw. Platine zu Heizkreisen gruppiert werden. Diese elektrische leitende Platte oder Platine kann sich durch das Fehlen jeglicher elektronischer Bauteile auszeichnen und dient lediglich der Gruppierung der einzelnen PTC-Elemente zu Heizkreisen. Eine solche Platte ist bevorzugt gemäß der Lehre von
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch ein aus Kunststoff gebildetes Gehäusebasisteil aus, das die Trennwand und Wandungen ausformt, die die Zirkulationskammer und die Anschlusskammer umfänglich umgeben. Dieses Gehäusebasisteil ist als einteiliges Bauteil ausgebildet. Es bildet die Basis des Gehäuses, welches aus Kunststoff, vorzugsweise vollständig aus Kunststoff ausgebildet ist. Durch das Gehäusebasisteil werden im Grunde die Zirkulationskammer und die Anschlusskammer definiert. Lediglich endseitige Deckel müssen auf das Gehäusebasisteil aufgesetzt werden, um einerseits die Zirkulationskammer und andererseits die Anschlusskammer vollständig abzuschließen. Das Gehäusebasisteil bildet ferner die Ein- und Auslassöffnungen zu der Zirkulationskammer aus, besonders bevorzugt in Form von Anschlussstutzen für den Anschluss eines Flüssigkeitsschlauches oder -rohres.The present invention is characterized by a housing base formed of plastic, which forms the partition wall and walls surrounding the circulation chamber and the connection chamber circumferentially. This housing base part is formed as a one-piece component. It forms the base of the housing, which is made of plastic, preferably made entirely of plastic. The housing base part basically defines the circulation chamber and the connection chamber. Only end covers must be placed on the housing base part, on the one hand completely complete the circulation chamber and on the other hand, the connection chamber. The housing base part further forms the inlet and outlet openings to the circulation chamber, particularly preferably in the form of connecting pieces for the connection of a liquid hose or tube.
In eine Querschnittsansicht ist das Gehäusebasisteil H-förmig ausgebildet, wobei der Quersteg des H durch die Trennwand gebildet ist, die auf einer Seite die Anschlusskammer und auf der anderen Seite die Zirkulationskammer vorgibt. Von dem Gehäusebasisteil kann ferner eine im Wesentlichen rechtwinklig von der Trennwand abragende Teilung ausgebildet sein, die die Zirkulationskammer in eine Einlasszirkulationskammer und eine Auslasszirkulationskammer teilt. Durch die Teilung sind zwei Heizkammern innerhalb der Zirkulationskammer ausgebildet, in denen sich jeweils zumindest ein PTC-Element befindet, wobei eine der Heizkammern mit der Einlassöffnung und die andere der Heizkammern mit der Auslassöffnung unmittelbar kommuniziert. Dazwischen ist üblicherweise ein Verbindungskanal vorgesehen. Dieser kann durch eine sich rechtwinklig zu der Trennwand und sich rechtwinklig zu der Teilung erstreckende Kanalwand ausgebildet sein, die ebenfalls als Teil der Gehäusebasis ausgeformt ist. Die Teilung und die Kanalwandung können durch korrespondierende Wandsegmente fortgesetzt sein, die durch einen die Zirkulationskammer abdeckenden Gehäusedeckel ausgebildet sein können. Ein solcher Gehäusedeckel liegt aber üblicherweise mit seiner Außenumfangsfläche unmittelbar auf den die Zirkulationskammer umgebenden und durch die Gehäusebasis gebildeten Wandungen auf.In a cross-sectional view, the housing base part is H-shaped, wherein the transverse web of the H is formed by the partition wall, which defines the connection chamber on one side and the circulation chamber on the other side. From the housing base part may further be formed a substantially perpendicular projecting from the partition wall division which divides the circulation chamber into an inlet circulation chamber and an outlet circulation chamber. As a result of the division, two heating chambers are formed within the circulation chamber, in each of which at least one PTC element is located, one of the heating chambers communicating directly with the inlet opening and the other of the heating chambers with the outlet opening. In between a connection channel is usually provided. This may be formed by a channel wall extending at right angles to the partition wall and at right angles to the partition, which is also formed as part of the housing base. The division and the channel wall may be continued by corresponding wall segments, which may be formed by a cover covering the circulation chamber. However, such a housing cover is usually located with its outer peripheral surface directly on the surrounding the circulation chamber and formed by the housing base walls.
Die vorliegende Erfindung bietet mithin die Möglichkeit, durch das Gehäusebasisteil das zentrale Element der Heizvorrichtung als einteiliges Bauteil auszuformen. Das Gehäusebasisteil kann dabei innerhalb der Trennwand Steckaufnahmen für das dichtende Anordnen von PTC-Heizelementen ausbilden, die zunächst durch Aufstecken an der Trennwand befestigt werden.The present invention thus offers the possibility of forming the central element of the heating device as a one-piece component through the housing base part. The housing base part can form therein plug-in receptacles for the sealing arrangement of PTC heating elements within the partition, which are first attached by plugging on the partition wall.
Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung hat auch eine Steuerkammer zur Aufnahme einer Steuervorrichtung, die in baulicher Einheit mit dem Leistungsteil der elektrischen Heizvorrichtung ausgebildet ist. Der Leistungsteil wird dabei insbesondere durch die Zirkulationskammer und die hierin aufgenommenen PTC-Heizelemente gebildet. Diese Steuerkammer kann zusammen mit der Anschlusskammer ausgebildet sein. In diesem Fall hat die elektrische Heizvorrichtung lediglich zwei Kammern. Alternativ kann die Steuerkammer auch als separate Kammer zu der Anschlusskammer ausgebildet sein. In diesem Fall nimmt die Anschlusskammer beispielsweise lediglich elektrisch leitende Platten oder Platinen auf, die der Gruppierung von einzelnen PTC-Heizelementen zu einem Heizkreis dienen. Eine mit elektronischen Bauteilen bestückte Leiterplatte nimmt die Anschlusskammer dann nicht auf. Eine solche Leiterplatte ist in der separat hierzu vorgesehenen Steuerkammer vorgesehen. Diese Steuerkammer wird durch das Gehäuse ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung bildet das Gehäusebasisteil auch die die Steuerkammer umfänglich umgebenden Wandungen aus. Bei dieser bevorzugten Weiterbildung sind somit zumindest drei unterschiedliche Kammern, denen jeweils eine bestimmte Funktion zukommt, nämlich einerseits das Heizen des zu erwärmenden bevorzugt flüssigen Fluids (Zirkulationskammer), das Gruppieren der PTC-Heizelemente zu Heizkreisen (Anschlusskammer) und schließlich das Verarbeiten bzw. Steuern von Steuersignalen und Leistungsstrom (Steuerkammer).The heating device according to the invention also has a control chamber for receiving a control device, which is formed in a structural unit with the power section of the electric heater. The power section is formed in particular by the circulation chamber and the PTC heating elements accommodated therein. This control chamber may be formed together with the connection chamber. In this case, the electric heater has only two chambers. Alternatively, the control chamber may also be designed as a separate chamber to the connection chamber. In this case, the connection chamber, for example, only receives electrically conductive plates or boards, which serve the grouping of individual PTC heating elements to a heating circuit. A printed circuit board equipped with electronic components takes the Connection chamber then not on. Such a printed circuit board is provided in the control chamber provided separately for this purpose. This control chamber is formed by the housing. According to a preferred embodiment of the present invention, the housing base also forms the walls surrounding the control chamber circumferentially. In this preferred development are thus at least three different chambers, each of which has a specific function, namely on the one hand the heating of the preferably liquid fluid to be heated (circulation chamber), the grouping of the PTC heating elements to heating circuits (terminal chamber) and finally the processing or control of control signals and power flow (control chamber).
Das Gehäusebasisteil ist bevorzugt aus einem vernetzenden Kunststoff ausgebildet, also keinem Thermoplasten, sondern beispielsweise einem Duroplasten. Die Auswahl dieses Materials führt zu einem besonderen technischen Effekt, sofern zwischen zwei unterschiedlichen Kammern der elektrischen Heizvorrichtung eine Stromschiene sich erstreckend vorgesehen ist, die mittels Umspritzen in den Gehäusebasisteil aufgenommen ist. Dabei ist die Stromschiene durch das Umspritzen abgedichtet in dem Gehäusebasisteil aufgenommen, d. h. in einer Wand, die eine Anschlusskammer von der anderen Anschlusskammer trennt. Die Stromschiene bildet bevorzugt an sich gegenüberliegenden Enden Kontaktzungen für das Aufstecken einer leitenden Platte oder Platine aus. Dadurch können elektrische Leiterbahnen beispielsweise einer Leiterplatte oder einer elektrisch leitenden Platte durch Aufsetzen auf einfache Weise mit der Stromschiene steckverbunden werden. Es hat sich herausgestellt, dass Duroplasten beim Umspritzen einen innigen und abdichtenden Verbund mit der Stromschiene bewirken.The housing base part is preferably formed of a crosslinking plastic, so no thermoplastic, but for example, a thermoset. The selection of this material leads to a special technical effect, provided that between two different chambers of the electric heater, a bus bar is provided extending, which is received by means of encapsulation in the housing base part. In this case, the busbar is sealed by the encapsulation received in the housing base part, d. H. in a wall that separates a connection chamber from the other connection chamber. The busbar preferably forms at opposite ends contact tongues for the attachment of a conductive plate or board. As a result, electrical conductor tracks, for example, a printed circuit board or an electrically conductive plate can be plugged by placing in a simple manner with the busbar. It has been found that thermosets cause an intimate and sealing bond with the busbar during encapsulation.
Die entsprechende Wand kann durch die Trennwand zwischen der Zirkulationskammer und der Anschlusskammer gebildet sein. Sie kann aber auch durch eine Wand gebildet sein, die sich zwischen der Anschlusskammer und der Steuerkammer erstreckt.The corresponding wall may be formed by the partition wall between the circulation chamber and the connection chamber. However, it can also be formed by a wall which extends between the connection chamber and the control chamber.
Eine solche Wand wird bevorzugt als Steuerkammerboden durch die Gehäusebasis ausgebildet. Ein solcher Steuerkammerboden hat bevorzugt eine Durchgangsöffnung, in der ein Kühlkörper dichtend eingesetzt ist. Der Kühlkörper ist mit seinem einen Ende wärmeleitend mit der Zirkulationskammer gekoppelt und mit seinem anderen Ende innerhalb der Steuerkammer mit einem Verlustleistung erzeugenden Bauteil der Steuervorrichtung. Der Kühlkörper kann gänzlich aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Kupfer ausgebildet sein. Für den Fall, dass die Steuerkammer identisch mit der Anschlusskammer ist, entspricht der hier erwähnte Steuerkammerboden der zwischen der Zirkulationskammer und der Anschlusskammer vorgesehenen Trennwand, die in diesem Fall mit der Durchgangsöffnung versehen ist.Such a wall is preferably formed as a control chamber bottom through the housing base. Such a control chamber bottom preferably has a passage opening in which a heat sink is sealingly inserted. The heat sink is coupled with its one end heat-conducting with the circulation chamber and with its other end within the control chamber with a power dissipation-generating component of the control device. The heat sink may be formed entirely of metal, such as aluminum or copper. In the case where the control chamber is identical to the connection chamber, the control chamber floor mentioned here corresponds to the partition wall provided between the circulation chamber and the connection chamber, which in this case is provided with the passage opening.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung liegt der Kühlkörper in einem Kühlkanal der Zirkulationskammer frei. Dieser Kühlkanal der zuvor bereits erwähnte Verbindungskanal innerhalb der Zirkulationskammer sein, der durch eine Kanalwand von der Heizkammer abgeteilt ist. Das Anordnen des zu kühlenden Endes des Kühlkörpers hinter der Kanalwand führt zu einer Strahlungsabschirmung zwischen dem Kühlkörper und dem in der Zirkulationskammer vorgesehenen PTC-Heizelement. So wird der Kühlkörper nicht unmittelbar mit der von dem PTC-Heizelement abgegebenen Strahlungswärme beaufschlagt. Mit dieser Formulierung soll zum Ausdruck gebracht werden, dass das zu kühlende Ende des Kühlkörpers zwar in der Zirkulationskammer freiliegt, allerdings kein PTC-Element „sieht“.According to a preferred embodiment of the present invention, the heat sink is exposed in a cooling channel of the circulation chamber. This cooling channel be the previously mentioned connection channel within the circulation chamber, which is divided by a channel wall of the heating chamber. Placing the end of the heat sink to be cooled behind the duct wall results in radiation shielding between the heat sink and the PTC heating element provided in the circulation chamber. Thus, the heat sink is not applied directly to the radiant heat emitted by the PTC heating element. This formulation is intended to express that the end of the heat sink to be cooled is indeed exposed in the circulation chamber, but does not "see" any PTC element.
Der Kühlkörper ist bevorzugt über einen Bajonettverschluss in der Durchgangsöffnung gehalten. Dabei kann der Kühlkörper als im Wesentlichen zylindrisches Bauteil ausgebildet sein, der an gegenüberliegenden Umfangssegmenten von Verriegelungsvorsprüngen überragt ist, die nach dem Fügen des Bajonettverschlusses in der Regel an einer der die Zirkulationskammer umfänglich umgebenden Wandungen anliegen, wodurch das Kühlelement verriegelt ist. Es versteht sich von selbst, dass die Durchgangsöffnung mit axial verlaufenden Nuten versehen sein muss, die zur Durchführung der Verriegelungsvorsprünge geeignet ausgebildet sind, wie dies bei einem Bajonettverschluss üblich ist. Zum Fügen des Kühlkörpers wird dieser üblicherweise von der Steuerkammerseite in Richtung auf die Zirkulationskammer eingeschoben, üblicherweise unter Mitnahme und Einschluss eines Dichtungselementes, beispielsweise in Form eines Dichtringes, welches den Kühlkörper gegenüber der die Durchgangsöffnung begrenzenden Wandung abdichtet. An seiner der Zirkulationskammer abgewandten Seite hat der Kühlkörper üblicherweise einen Kragen, der an einem die Durchgangsöffnung steuerseitig begrenzenden Rand anliegt.The heat sink is preferably held in the passage opening via a bayonet closure. In this case, the heat sink may be formed as a substantially cylindrical member, which is surmounted on opposite circumferential segments of locking projections, which abut after joining the bayonet closure usually on one of the circulation chamber circumferentially surrounding walls, whereby the cooling element is locked. It goes without saying that the passage opening must be provided with axially extending grooves, which are designed to carry out the locking projections suitable, as is usual in a bayonet fitting. For joining the heat sink, this is usually inserted from the control chamber side in the direction of the circulation chamber, usually with entrainment and inclusion of a sealing element, for example in the form of a sealing ring, which seals the heat sink against the wall defining the passage opening. On its side facing away from the circulation chamber, the heat sink usually has a collar which abuts against an edge bordering the passage opening on the control side.
Bei der zuvor diskutierten Weiterbildung mit einer Zirkulationskammer, einer Anschlusskammer und einer Steuerkammer, wobei Anschlusskammer und Steuerkammer voneinander getrennt vorgesehen sind, bildet das Gehäusebasisteil bevorzugt eine erste Kunststoffwanne aus, die die Umfangsflächen der Zirkulationskammer ausbildet, eine zweite Kunststoffwanne, die die Umfangsflächen der Anschlusskammer ausbildet, und eine dritte Kunststoffwanne, die die Umfangsflächen der Steuerkammer ausbildet. Wie bereits erwähnt, teilen sich üblicherweise die erste und die zweite Kunststoffwanne einen Boden, der durch die Trennwand gebildet ist. So sind die erste und die zweite Kunststoffwanne zu gegenüberliegenden Seiten hin offen und durch die Trennwand voneinander getrennt. Die dritte Kunststoffwanne erstreckt sich dabei rechtwinklig zu der ersten und der zweiten Kunststoffwanne. Dementsprechend ist die Haupterstreckungsrichtung eines die dritte Kunststoffwanne abdeckenden Gehäusedeckels rechtwinklig zu der Haupterstreckungsrichtung der Gehäusedeckel, die die erste und die zweite Kunststoffwanne abdecken. Der Boden der dritten Kunststoffwanne wird dabei üblicherweise durch ein durch das Gehäusebasisteil gebildetes Wandsegment ausgeformt, welches eine Umfangswand der Anschlusskammer und eine Umfangswand der Zirkulationskammer üblicherweise in gradliniger Verlängerung ausbildet.In the previously discussed further development with a circulation chamber, a connection chamber and a control chamber, wherein connection chamber and control chamber are provided separately from each other, the housing base part preferably forms a first plastic tub, which forms the peripheral surfaces of the circulation chamber, a second plastic tub, which forms the peripheral surfaces of the connection chamber , and a third plastic tub, which forms the peripheral surfaces of the control chamber. As already mentioned, usually the first and the second plastic tub divide a floor formed by the partition wall. Thus, the first and the second plastic tub are open to opposite sides and separated from each other by the partition wall. The third plastic tub extends at right angles to the first and the second plastic tub. Accordingly, the main extension direction of the third plastic tub covering the housing cover is perpendicular to the main extension direction of the housing cover, which cover the first and the second plastic tub. The bottom of the third plastic tub is usually formed by a wall segment formed by the housing base part, which usually forms a circumferential wall of the connection chamber and a peripheral wall of the circulation chamber in a straight line extension.
Jeder der zuvor erwähnten Gehäusedeckel zu der Anschlusskammer, der Zirkulationskammer bzw. der Steuerkammer ist bevorzugt aus Kunststoff, besonders bevorzugt aus Duroplast ausgebildet. Zur dichten Verbindung zwischen den jeweiligen Gehäusedeckel und dem Gehäusebasisteil sind die die Anschlusskammer, die Zirkulationskammer und/oder die Steuerkammer umfänglich umgebenden Wandungen stirnseitig mit einer umlaufenden Nut versehen. In diese Nut wird vor dem Fügen des jeweiligen Gehäusedeckels ein Kleber, insbesondere ein Epoxidkleber eingebracht. Der Gehäusedeckel hat einen umlaufenden Kranz, der in die umlaufende Nut eingebracht wird und zusammen mit einem weiteren parallel dazu umlaufenden Steg eine Gegennut ausformt, in die üblicherweise ein innerer Steg, der die umlaufende Nut inwärtig begrenzt, eingreift, wonach eine Art Labyrinthdichtung entsteht, die aufgrund der volumetrischen Dosierung des Klebers in die Nut nach dem Andrücken des Gehäusedeckels im Wesentlichen vollständig von Kleber gefüllt ist.Each of the aforementioned housing cover to the connection chamber, the circulation chamber and the control chamber is preferably made of plastic, particularly preferably made of thermosetting plastic. For tight connection between the respective housing cover and the housing base part, the walls surrounding the connection chamber, the circulation chamber and / or the control chamber are provided with a circumferential groove on the front side. In this groove, an adhesive, in particular an epoxy adhesive is introduced before joining the respective housing cover. The housing cover has a circumferential rim, which is introduced into the circumferential groove and forms a counter groove together with another parallel circumferential web, in which usually an inner web which limits the circumferential groove inwardly engages, after which a kind of labyrinth seal is formed due to the volumetric dosing of the adhesive in the groove after pressing the housing cover is substantially completely filled by adhesive.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist eine sich zwischen zwei unterschiedlichen Kammer erstreckende Stromschiene vorgesehen, die mittels Umspritzen abgedichtet in dem Gehäusebasisteil aufgenommen ist. Dieses ist insbesondere für diese bevorzugte Ausgestaltung aus einem Duroplasten gebildet. Der Duroplast umschließt und siegelt die Stromschiene innerhalb des Materials ein, so dass zwischen den beiden Kammern entlang der Stromschienenaußenfläche eine sichere Abdichtung gegeben ist.According to a preferred development of the present invention, a bus bar extending between two different chambers is provided, which is received in the housing base part in a sealed manner by means of encapsulation. This is formed in particular for this preferred embodiment of a thermoset. The thermoset surrounds and seals the busbar within the material so that a secure seal is provided between the two chambers along the busbar outer surface.
Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise zwischen der Steuerkammer und der Anschlusskammer einen Steuerboden durchsetzend vorgesehen sein. Ein solcher Steuerkammerboden begrenzt unterseitig die Steuerkammer und bildet eine die Anschlusskammer umfänglich umgebende Wandung aus. Die in dieser Weise vorgesehene Stromschiene ist bei der Weiterbildung der vorliegenden Erfindung als Anschlusselement zwischen einer in der Steuerkammer aufgenommenen Leiterplatte und der Anschlusskammer ausgebildet. Die Stromschiene kann als Steckelement vorgesehen sein und durch Steckkontakte mit der Leiterplatte einerseits und einer innerhalb der Anschlusskammer vorgesehenen leitenden Platte andererseits elektrisch kontaktiert sein. Diese Platte kann gemäß
Gemäß einer bevorzugten Weiterführung der vorliegenden Erfindung ist der Kühlkörper mittels Umspritzen in dem Gehäuse dichtend aufgenommen. Auch bei dieser Ausgestaltung wird bevorzugt das Gehäuse aus einem Duroplasten gebildet. Der Kühlkörper kann an seiner Außenumfangsfläche einen oder mehrere regelmäßig umfänglich umlaufende Befestigungskragen aufweisen, die zusammen mit dem erstarrten Kunststoff des Gehäuses eine Labyrinthdichtung ausbilden und dementsprechend sowohl die sichere Befestigung des Kühlkörpers in dem Gehäuse wie auch die Dichtigkeit verbessern. Beim Umspritzen kann eine zu der Anschlusskammer weisende Oberfläche des Kühlkörpers von einem das Gehäuse ganz oder teilweise ausbildenden Kunststoff überzogen werden, um eine elektrisch isolierende Anlagefläche für einen Leistungstransistor zu schaffen, der wärmeleitend mit dem Kühlkörper verbunden ist, um die von dem Leistungstransistor erzeugte Verlustleistung an das zu erwärmende Medium innerhalb der Zirkulationskammer abzugeben. Die Isolierung kann als dünner Film einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet sein. Dadurch ist das Anordnen einer separaten elektrischen Isolierung zwischen dem Kühlkörper und dem Leistungstransistor entbehrlich. Die Herstellung wird vereinfacht.According to a preferred development of the present invention, the heat sink is sealingly received in the housing by insert molding. Also in this embodiment, the housing is preferably formed from a thermoset. The heat sink may have on its outer peripheral surface one or more regularly circumferentially encircling mounting collar, which form a labyrinth seal together with the solidified plastic of the housing and accordingly improve both the secure attachment of the heat sink in the housing as well as the tightness. During encapsulation, a surface of the heat sink facing the connection chamber can be coated by a plastic which completely or partially forms the housing in order to create an electrically insulating contact surface for a power transistor, which is thermally conductively connected to the heat sink, by the power loss generated by the power transistor to deliver the medium to be heated within the circulation chamber. The insulation may be integrally formed with the housing as a thin film. As a result, it is possible to dispose of a separate electrical insulation between the heat sink and the power transistor. The production is simplified.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektrische Heizvorrichtung mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 1.The present invention further relates to an electric heating device with the preamble features of claim 1.
Eine solche elektrische Heizvorrichtung ist aus der aus der
Die vorliegende Erfindung will eine elektrische Heizvorrichtung schaffen, die eine hohe Wärmedichte und einen guten Wirkungsgrad erlaubt.The present invention seeks to provide an electric heater that allows high heat density and good efficiency.
Zur Lösung dieses Problems wird Folgendes vorgeschlagen:
- 1. Elektrische Heizvorrichtung mit einem Gehäuse (2), das Ein- und Auslassöffnungen (10, 12) für das zu erwärmende Fluid und eine Zirkulationskammer (14) ausbildet, in der eine wärmeabgebende Fläche eines PTC-Heizelementes (40) freiliegt, die wärmeleitend mit einem PTC-Element (120) gekoppelt ist, das mit elektrischen Leiterbahnen (128) zu unterschiedlichen Polaritäten elektrisch leitend kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (128) an Stirnseitenflächen (126) des PTC-Elementes (120) elektrisch leitend kontaktiert sind.
- 2. PTC-Heizelement (40) mit einem PTC-Element (120), das mit elektrischen Leiterbahnen (128) zu unterschiedlichen Polaritäten elektrisch leitend kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen jeweils durch Blechstreifen (128) gebildet sind, die jeweils einen stirnseitig an dem PTC-Element (120) anliegenden Kontaktsteg (130) und eine Kontaktzunge (42) ausbildet.
- 3. PTC-Heizelement (40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktzungen (42) der Leiterbahnen das PTC-Element (120) an einer Stirnseite in Längserstreckungsrichtung des zugehörigen Kontaktsteges (130) überragen und quer zur Längserstreckungsrichtung des zugehörigen Kontaktstege (130) das PTC-Element (120)teilweise überragend aufeinander zugerichtet sind.
- 4. PTC-Heizelement (40) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstege (130) eine geringere Dicke als das PTC Element haben.
- 5. PTC-Heizelement (40) nach einem der vorherigen Ansprüche 2
bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechstreifen (128) mit dem PTC-Element (120) verklebt sind. - 6. PTC-Heizelement (40) nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechstreifen (128) eine sich gegenüberliegend zu der mit dem PTC-Element (120) kontaktierten Kontaktfläche liegende Randfläche (132) ausbilden, die auf ganzer Länge des Blechstreifens (128) eben ist.
- 7. PTC-Heizelement (40) nach einem der vorherigen Ansprüche 2
bis 6, gekennzeichnet durch, eine Isolierlage (124), die unmittelbar an einer Hauptseitenfläche (122) des PTC-Elementes (120) wärmeleitend anliegt und eine Wärme abgebende Außenfläche des PTC-Heizelementes (40) ausbildet. - 8. PTC-Heizelement (40) nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Element (120) vollumfänglich unter Einschluss von sämtlichen Randflächen der Isolierlage (124) in einem Kunststoffrahmen (134) eingebettet ist.
- 9. PTC-Heizelement (40)
nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffrahmen (134) durch Umspritzen mit den PTC-Element (120) und der Isolierlage (124) verbunden ist.
- An electric heater comprising a housing (2) forming inlet and outlet openings (10, 12) for the fluid to be heated and a circulation chamber (14) exposing a heat-emitting surface of a PTC heating element (40) which conducts heat is coupled to a PTC element (120) which is electrically conductively contacted with electrical conductor tracks (128) to different polarities, characterized in that the conductor tracks (128) on the end faces (126) of the PTC element (120) electrically conductively contacted are.
- 2. PTC heating element (40) having a PTC element (120) which is electrically conductively contacted with electrical conductor tracks (128) to different polarities, characterized in that the conductor tracks are each formed by metal strips (128), each having a end face on the PTC element (120) adjacent contact web (130) and a contact tongue (42) is formed.
- 3. PTC heating element (40) according to claim 2, characterized in that the two contact tongues (42) of the conductor tracks project beyond the PTC element (120) on an end side in the longitudinal extension direction of the associated contact web (130) and transversely to the longitudinal direction of the associated contact webs (130) the PTC element (120) are partially aligned facing each other.
- 4. PTC heating element (40) according to claim 2 or 3, characterized in that the contact webs (130) have a smaller thickness than the PTC element.
- 5. PTC heating element (40) according to one of the preceding claims 2 to 4, characterized in that the metal strips (128) are glued to the PTC element (120).
- 6. PTC heating element (40) according to one of the preceding claims 2 to 5, characterized in that the sheet metal strips (128) form a lying opposite to the contacted with the PTC element (120) contact surface edge surface (132) lying on the entire length of the metal strip (128) is flat.
- 7. PTC heating element (40) according to one of the preceding claims 2 to 6, characterized by, an insulating layer (124), which bears directly on a main side surface (122) of the PTC element (120) thermally conductive and a heat-emitting outer surface of the PTC Heating element (40) is formed.
- 8. PTC heating element (40) according to one of the preceding claims 2 to 7, characterized in that the PTC element (120) is fully embedded, including all edge surfaces of the insulating layer (124) in a plastic frame (134).
- 9. PTC heating element (40) according to
claim 8, characterized in that the plastic frame (134) is connected by encapsulation with the PTC element (120) and the insulating layer (124).
Die elektrische Heizvorrichtung hat ein Gehäuse mit Ein- und Auslassöffnungen für das zu erwärmende Fluid. Das zu erwärmende Fluid kann ein gasförmiges Fluid sein. Es kann auch ein flüssiges Fluid sein. Das Fluid wird durch eine Zirkulationskammer hindurchgeleitet, in der die wärmeabgebenden Flächen eines PTC-Heizelementes freiliegen. Diese Flächen sind wärmeleitend mit einem PTC-Element gekoppelt. Dieses PTC-Element ist mit elektrischen Leiterbahnen zu unterschiedlichen Polaritäten elektrisch leitend kontaktiert. Die elektrische Heizvorrichtung unterscheidet sich dadurch von vorbekannten Heizvorrichtungen, dass die Leiterbahnen an Stirnseitenflächen des PTC-Elementes elektrisch leitend kontaktiert sind. Als Stirnseitenflächen sind dabei diejenigen Flächen zu verstehen, die sich rechtwinklig zu den Hauptseitenflächen des PTC-Elementes erstrecken. Das PTC-Element hat üblicherweise eine plättchenartige Konfiguration mit einer Hauptseitenfläche, deren Haupterstreckungsrichtungen wesentlich größer als die Erstreckungsrichtung der Stirnseitenflächen sind. Die Länge bzw. Breite des PTC-Elementes ist um den Faktor fünf, bevorzugt um den Faktor zehn, größer als die Dicke der Stirnseite des PTC-Elementes. Eine solche Ausgestaltung hat sich jedenfalls bei elektrischen Heizvorrichtungen für Kraftfahrzeuge, die die vorliegende Erfindung insbesondere in den Blick nimmt, bewährt. Die Wärme des PTC-Elementes wird über die Hauptseitenflächen ausgekoppelt. Üblicherweise liegt an diesen Hauptseitenflächen bei elektrischen Heizvorrichtungen im Stand der Technik jeweils ein Kontaktblech an.The electric heater has a housing with inlet and outlet openings for the fluid to be heated. The fluid to be heated may be a gaseous fluid. It can also be a liquid fluid. The fluid is passed through a circulation chamber in which the heat-emitting surfaces of a PTC heating element are exposed. These surfaces are thermally coupled with a PTC element. This PTC element is contacted with electrical conductors to different polarities electrically conductive. The electrical heating device differs from previously known heating devices in that the conductor tracks are contacted in an electrically conductive manner on end faces of the PTC element. In this case, end surfaces are those surfaces which extend at right angles to the main side surfaces of the PTC element. The PTC element usually has a plate-like configuration with a main side surface whose main directions of extension are substantially larger than the extension direction of the end faces. The length or width of the PTC element is by a factor of five, preferably by a factor of ten, greater than the thickness of the end face of the PTC element. Such an embodiment has proven itself in any case in electric heaters for motor vehicles, which takes the present invention particularly into view. The heat of the PTC element is decoupled via the main side surfaces. Usually, a contact plate is applied to these main side surfaces in electrical heating devices in the prior art.
Nach dem Vorschlag der vorliegenden Erfindung erfolgt die Kontaktierung an einer Seitenfläche des PTC-Elementes, die sich rechtwinklig dazu erstreckt. So kann das PTC-Element unmittelbar oder lediglich unter Zwischenlage einer Isolierlage in der Zirkulationskammer freiliegen. In dem erstgenannten Fall wird die wärmeabgebende Fläche des PTC-Elementes durch das PTC-Element selbst gebildet. In dem zweiten Fall wird die wärmeabgebende äußere Fläche durch die Außenfläche der Isolierlage gebildet. Diese Isolierlage kann eine Keramikplatte sein.According to the proposal of the present invention, the contacting takes place on a side surface of the PTC element which extends at right angles thereto. Thus, the PTC element can be exposed directly or only with the interposition of an insulating layer in the circulation chamber. In the former case, the heat-emitting surface of the PTC element is formed by the PTC element itself. In the second case, the heat-emitting outer surface is formed by the outer surface of the insulating layer. This insulating layer may be a ceramic plate.
Aufgrund der stirnseitigen Kontaktierung des PTC-Elementes können eine Vielzahl von PTC-Elemente unter Ausbildung eines Kanals für das zu erwärmende Fluid relativ dicht hintereinander in der Zirkulationskammer angeordnet werden. Ein an beiden Hauptseitenflächen des PTC-Elementes vorgesehenes Kontaktblech fehlt. So sind die PTC-Heizelemente weniger dick. Die PTC-Heizelemente sind vorzugsweise als Heizrippen unmittelbar in ein Zirkulationsgehäuse eines Wasserheizers eingesetzt. So lässt sich bei der elektrischen Heizvorrichtung eine hohe Wärmedichte erreichen. Aufgrund von fehlenden Kontaktblechen, die parallel zu den Hauptseitenflächen des PTC-Elementes vorgesehen sind, kann über diese Hauptseitenflächen des PTC-Elementes besser als im Stand der Technik die Wärme abgeführt werden. Die Wärme wird üblicherweise unmittelbar in die Isolierlage eingeleitet und dort mittels Wärmeleitung an deren Außenfläche abgegeben, welche in dem Strom des zu erwärmenden Fluids freiliegt.Due to the front-side contacting of the PTC element, a plurality of PTC elements can be arranged to form a channel for the fluid to be heated relatively close together in the circulation chamber. One on both major side surfaces of the PTC element provided contact plate is missing. So the PTC heating elements are less thick. The PTC heating elements are preferably used as heating ribs directly in a circulation housing of a water heater. Thus, a high heat density can be achieved in the electric heater. Due to the lack of contact plates, which are provided parallel to the main side surfaces of the PTC element, the heat can be dissipated via these main side surfaces of the PTC element better than in the prior art. The heat is usually introduced directly into the insulating layer and there discharged by means of heat conduction on the outer surface, which is exposed in the flow of fluid to be heated.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ferner ein PTC-Heizelement mit einem PTC-Element und elektrischen Leiterbahnen vorgeschlagen, die unterschiedlichen Polaritäten zugeordnet werden können und elektrisch leitend mit dem PTC-Element kontaktiert sind. Die Leiterbahnen sind jeweils durch einen Blechstreifen gebildet. Jeder der Blechstreifen ist bevorzugt jeweils stirnseitig unmittelbar an dem PTC-Element kontaktiert, d.h. liegt an einer metallischen Schicht des PTC-Elements unmittelbar an. Hierzu weist der Blechstreifen bevorzugt einen Kontaktsteg auf, der bevorzugt allein an der Stirnseitenfläche des PTC-Elementes anliegt, d.h. sich nicht bis über die Hauptseitenflächen des PTC-Elementes erstreckt. Der Blechstreifen bildet vorzugsweise ferner eine Kontaktzunge aus. Diese Kontaktzunge ist als männliches Steckelement einer elektrischen Steckverbindung ausgeformt, so dass das PTC-Element in einer elektrischen Heizvorrichtung durch Einstecken in eine weibliche elektrische Steckelementaufnahme elektrisch kontaktiert werden kann. Bevorzugt ist der Kontaktsteg in Breitenrichtung des PTC-Elementes schmaler als die Kontaktzunge ausgebildet. So lässt sich das PTC-Heizelement mit einer Breite ausbilden, die nur unwesentlich größer als die Breite des PTC-Elementes ist.The present invention further proposes a PTC heating element with a PTC element and electrical conductor tracks, which can be assigned to different polarities and are contacted in an electrically conductive manner with the PTC element. The conductor tracks are each formed by a metal strip. Each of the sheet-metal strips is preferably contacted in each case directly on the front side of the PTC element, i. is directly adjacent to a metallic layer of the PTC element. For this purpose, the metal strip preferably has a contact web, which preferably bears solely on the end face of the PTC element, i. does not extend beyond the major side surfaces of the PTC element. The metal strip preferably also forms a contact tongue. This contact tongue is formed as a male plug-in element of an electrical plug-in connection, so that the PTC element can be electrically contacted in an electrical heating device by plugging it into a female electrical plug element receptacle. Preferably, the contact web in the width direction of the PTC element is narrower than the contact tongue formed. Thus, the PTC heating element can be formed with a width which is only slightly larger than the width of the PTC element.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung überragen die beiden Kontaktzungen der Leiterbahnen das PTC-Element an einer einzigen Stirnseite, und zwar in Längserstreckungsrichtung des zugehörigen Kontaktsteges. Quer zu dieser Erstreckungsrichtung sind die Kontaktzungen das das PTC-Element teilweise überragend aufeinander zu gerichtet. So sind die Kontaktstege in Breitenrichtung schmaler als die Kontaktzungen ausgeformt, was aber nicht zu einer zusätzlichen Breite des PTC-Heizelementes führt, da die Kontaktzungen aufeinander zu gerichtet sind. Mit anderen Worten überragen die Kontaktzungen teilweise in Breitenrichtung das PTC-Element.According to a preferred embodiment of the present invention, the two contact tongues of the conductor tracks project beyond the PTC element on a single end face, specifically in the longitudinal direction of extension of the associated contact web. Transverse to this extension direction are the contact tongues that the PTC element partially directed superior to each other. Thus, the contact webs in the width direction are narrower than the contact tongues formed, but this does not lead to an additional width of the PTC heating element, since the contact tongues are directed towards each other. In other words, the contact tongues project partially in the width direction of the PTC element.
Zumindest die Kontaktstege, regelmäßig die beiden Blechstreifen insgesamt, haben bevorzugt eine geringere Dicke als das PTC-Element. Die stirnseitig an dem PTC-Element angeordneten, bevorzugt damit verklebten Blechstreifen können damit zumindest auf Höhe des PTC-Elementes von einer auf die Hauptseitenfläche des PTC-Elementes aufgelegten Isolierlage überragt werden. So kann diese Isolierlage in etwa auf Höhe der Kontaktstege enden und dort mit einem ein Heizelementgehäuse des PTC-Heizelementes ausbildenden Kunststoffrahmen verbunden sein, bevorzugt durch Umspritzen des den Kunststoffrahmen bildenden Kunststoffmaterials. Dieses Kunststoffmaterial ist bevorzugt elastomeres Material, allerdings üblicherweise kein thermoplastisches Elastomer, sondern vernetzendes Elastomer.At least the contact webs, regularly the two metal strips in total, preferably have a smaller thickness than the PTC element. The sheet-metal strips arranged on the end side on the PTC element and preferably glued therewith can thus be surmounted, at least at the height of the PTC element, by an insulating layer placed on the main side surface of the PTC element. Thus, this insulating layer can end approximately at the height of the contact webs and be connected there to a heating element housing of the PTC heating element forming plastic frame, preferably by molding of the plastic frame forming plastic material. This plastic material is preferably elastomeric material, but usually not a thermoplastic elastomer, but crosslinking elastomer.
Die Kontaktzungen selbst können gegenüber der Dicke der Kontaktstege mit verminderter Dicke ausgebildet sein. Die Kontaktierung der Kontaktzungen erfolgt üblicherweise an dem sich in der Ebene der Hauptseitenfläche des PTC-Elementes liegenden Flächen der Kontaktzunge.The contact tongues themselves may be formed with reduced thickness relative to the thickness of the contact webs. The contacting of the contact tongues usually takes place at the lying in the plane of the main side surface of the PTC element surfaces of the contact tongue.
Im Hinblick auf eine geringe Breite des PTC-Heizelementes bilden die Blechstreifen eine Randfläche aus, die auf ganzer Länge des Blechstreifens eben ist. Bei dieser Randfläche handelt es sich um diejenige Außenfläche des Blechstreifens, die der Kontaktfläche gegenüberliegt. Die Kontaktfläche des Blechstreifens ist diejenige Fläche, die unmittelbar an dem PTC-Element anliegt und den Leistungsstrom stirnseitig in das PTC-Element einbringt. Durch die ebene Randfläche kann ein relativ schmales Heizelementgehäuse ausgebildet werden, was eine kompakte Anordnung der PTC-Elemente in der elektrischen Heizvorrichtung und damit eine hohen Wärmedichte begünstigt.In view of a small width of the PTC heating element, the metal strips form an edge surface which is flat over the entire length of the metal strip. In this edge surface is that outer surface of the metal strip, which is opposite to the contact surface. The contact surface of the sheet metal strip is that surface which bears directly against the PTC element and introduces the power current into the front side of the PTC element. By the flat edge surface, a relatively narrow heating element housing can be formed, which favors a compact arrangement of the PTC elements in the electric heater and thus a high heat density.
Wie bereits erwähnt, ist das Heizelementgehäuse bevorzugt durch einen das PTC-Element vollumfänglich umgebenden Kunststoffrahmen gebildet. Dabei sind von dem Kunststoffrahmen bevorzugt sämtliche Randflächen der Isolierlage umhüllt. Bevorzugst wird auch der Blechstreifen ganz überwiegend in dem Kunststoffrahmen eingebettet. Lediglich die Kontaktzungen ragen einseitig über den Kunststoffrahmen hinaus.As already mentioned, the heating element housing is preferably formed by a plastic frame surrounding the PTC element in its entirety. In this case, preferably all edge surfaces of the insulating layer are enveloped by the plastic frame. Preferably, the metal strip is also predominantly embedded in the plastic frame. Only the contact tongues protrude on one side beyond the plastic frame.
Die vorliegende Erfindung betrifft endlich eine elektrische Heizvorrichtung mit einem Gehäuse, das Ein- und Auslassöffnungen für das zu erwärmende Fluid und eine Zirkulationskammer sowie eine von der Zirkulationskammer durch eine bevorzugt fluiddichte Trennwand getrennte Anschlusskammer ausbildet. In der Zirkulationskammer liegt eine wärmeabgebende Fläche eines PTC-Heizelementes frei. Diese wärmeabgebende Fläche ist wärmeleitend mit einem PTC-Element gekoppelt. Das PTC-Element ist mit elektrischen Leiterbahnen zu unterschiedlichen Polaritäten elektrisch leitend kontaktiert, die in der Anschlusskammer elektrisch angeschlossen sind.The present invention finally relates to an electrical heating device having a housing which forms inlet and outlet openings for the fluid to be heated and a circulation chamber and a connection chamber separated from the circulation chamber by a preferably fluid-tight partition wall. In the circulation chamber, a heat-emitting surface of a PTC heating element is exposed. This heat-emitting surface is thermally coupled to a PTC element. The PTC element is contacted with electrical conductors to different polarities electrically conductive, which are electrically connected in the connection chamber.
Eine solche elektrische Heizvorrichtung kann gemäß
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung für die Beheizung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens. Die elektrische Heizvorrichtung ist dementsprechend ein Bauteil, welches sich wirtschaftlich herstellen lassen muss. Des Weiteren ist grundsätzlich bei Einbauteilen für Kraftfahrzeuge darauf zu achten, dass die Einbauteile gewichtsoptimiert ausgebildet sind. Mit Blick darauf schlägt die ebenfalls als gattungsgemäß anzusehende
Die zuletzt diskutierte Lösung lässt sich zwar wirtschaftlicher herstellen und ist auch gegenüber früheren Vorschlägen mit einem reinen Metallgehäuse im Gewicht reduziert. Es bleiben aber insbesondere mit Blick auf die Elektromobilität und den zunehmenden Einsatz von elektrischen Heizvorrichtungen als Flüssigkeitsheizer in den Kraftfahrzeugen noch Wünsche offen.The solution discussed last can indeed be produced more economically and is also reduced in weight compared with earlier proposals with a pure metal housing. However, especially with regard to electromobility and the increasing use of electric heaters as liquid heaters in motor vehicles, there still remains some desires.
Die vorliegende Erfindung will eine elektrische Heizvorrichtung angeben, die leicht ist und sich kostengünstig herstellen lässt.The present invention seeks to provide an electric heater that is lightweight and inexpensive to manufacture.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird Folgends vorgeschlagen:
- 1. Elektrische Heizvorrichtung mit einem Gehäuse (2), das Ein- und Auslassöffnungen (10; 12) für das zu erwärmende Fluid und eine Zirkulationskammer (14) und eine von der Zirkulationskammer (14) durch eine Trennwand getrennte Anschlusskammer (56) ausbildet, wobei in der Zirkulationskammer (14) eine wärmeabgebende Fläche eines PTC-Heizelementes (40) freiliegt, die wärmeleitend mit einem PTC-Element gekoppelt (120) ist, das mit elektrischen Leiterbahnen (128) zu unterschiedlichen Polaritäten elektrisch leitend kontaktiert ist, die in der Anschlusskammer (56) elektrisch angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) ein Kunststoffgehäuse (50, 72, 80, 82) ist, das mit einer Abschirmung (110, 112) versehen ist.
- 2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung durch ein in dem Kunststoffgehäuse (50, 72, 80, 82) integriertes Metallgitter gebildet ist.
- 3. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung mittels Umspritzen eines das Kunststoffgehäuse (50, 72, 80, 82) bildenden Kunststoffmaterials mit dem Kunststoffgehäuse verbunden ist.
- 4. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine Steuervorrichtung (106) in sich aufnimmt, die von der Abschirmung (110, 112) umfänglich umgeben ist.
- 5. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine durch das Kunststoffgehäuse (50, 72, 80, 82) ausgebildete Steuerkammer (62), in der eine Steuervorrichtung (106) aufgenommen ist.
- 6. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine, eine Wand (64) des Kunststoffgehäuses (50, 72, 80, 82) durchsetzende Stromschiene (104), die durch Umspritzen dichtend in der Wand (64) aufgenommen ist, wobei das Kunststoffgehäuse (50, 72, 80, 82) aus einem Duroplasten gebildet ist.
- 7. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgehäuse aus zumindest zwei Schalenelementen (110, 112) gebildet ist, die zwischen sich die Ein- und Auslassöffnungen (10; 12) ausbildende Ein- und Auslassstutzen (6; 8) des Gehäuses aufnehmen.
- 8. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgehäuse (110, 112) Ausnehmungen (115) aufweist, durch welche durch das Kunststoffgehäuse (50, 72, 80, 82) gebildete Befestigungsvorsprünge (114) die Außenfläche des Metallgehäuses (110, 112) überragen.
- 9. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (50, 72, 80, 82) aus einem Duroplast gebildet ist.
- An electric heater comprising a housing (2) forming inlet and outlet openings (10; 12) for the fluid to be heated and a circulation chamber (14) and a connection chamber (56) separated from the circulation chamber (14) by a partition wall, wherein in the circulation chamber (14) a heat-emitting surface of a PTC heating element (40) is exposed, which is heat-conductively coupled to a PTC element (120) which is electrically conductively contacted with electrical conductor tracks (128) to different polarities, in the Connection chamber (56) are electrically connected, characterized in that the housing (2) is a plastic housing (50, 72, 80, 82) which is provided with a shield (110, 112).
- 2. Electric heating device according to claim 1, characterized in that the shield is formed by a in the plastic housing (50, 72, 80, 82) integrated metal grid.
- 3. Electrical heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the shield is connected by means of encapsulation of a plastic housing (50, 72, 80, 82) forming plastic material with the plastic housing.
- 4. Electric heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) receives a control device (106) in itself, which is surrounded by the shield (110, 112) circumferentially.
- 5. Electric heating device according to one of the preceding claims, characterized by a through the plastic housing (50, 72, 80, 82) formed control chamber (62) in which a control device (106) is accommodated.
- 6. Electrical heating device according to one of the preceding claims, characterized by at least one, a wall (64) of the plastic housing (50, 72, 80, 82) passing through busbar (104) which is received by encapsulation sealing in the wall (64), wherein the plastic housing (50, 72, 80, 82) is formed of a thermosetting plastic.
- 7. Electrical heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the metal housing of at least two shell elements (110, 112) is formed, which between them the inlet and outlet openings (10; 12) forming the inlet and outlet nozzles (6; ) of the housing.
- 8. Electric heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the metal housing (110, 112) has recesses (115) through which through the plastic housing (50, 72, 80, 82) formed fastening projections (114), the outer surface of the metal housing (110, 112) protrude.
- 9. Electric heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic housing (50, 72, 80, 82) is formed of a thermosetting plastic.
Die elektrische Heizvorrichtung hat ein Gehäuse, welches die Zirkulationskammer und die Anschlusskammer ausbildet, wobei in der Zirkulationskammer das zu erwärmende Fluid strömt und in der Anschlusskammer der elektrische Anschluss des PTC-Heizelementes an den Leistungsstrom erfolgt. Es versteht sich von selbst, dass mehrere PTC-Heizelemente in der Zirkulationskammer vorgesehen sein können. Diese können in an sich bekannter Weise innerhalb der Anschlusskammer über eine elektrisch leitende Platte bzw. Platine zu Heizkreisen gruppiert werden. Diese elektrische leitende Platte oder Platine kann sich durch das Fehlen jeglicher elektronischer Bauteile auszeichnen und dient lediglich der Gruppierung der einzelnen PTC-Elemente zu Heizkreisen. Sie kann insbesondere gemäß
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich dadurch vom Stand der Technik, dass das Gehäuse ein Kunststoffgehäuse ist. Dementsprechend werden die Zirkulationskammer und die Anschlusskammer und die die beiden Kammern trennende Trennwand, die bevorzugt eine fluiddichte Trennwand ist, von Kunststoffwänden ganz überwiegend umgeben. So werden die die Anschlusskammer zumindest umfänglich umgebenden Wandungen, die die Zirkulationskammer umfänglich umgebenden Wandungen und die sich üblicherweise rechtwinklig hierzu erstreckende Trennwand aus Kunststoff ausgebildet. Dieser Teil des Gehäuses kann als einheitlicher Gehäusebasiskörper ausgebildet sein, d.h. als einheitliches Bauteil im Wege des Spritzgießens hergestellt sein. Die Zirkulationskammer und/oder die Anschlusskammer oberseitig abdeckende Deckel können ebenfalls aus Kunststoff hergestellt sein, so dass die Anschlusskammer insgesamt und die Zirkulationskammer insgesamt aus Kunststoffbauteilen ausgebildet und begrenzt ist/sind. Gegebenenfalls können aber auch die Gehäusedeckel aus einem dünnen Metallblech bestehen, welches nur unwesentlich zur Erhöhung des Eigengewichts des Gehäuses beiträgt.The present invention differs from the prior art in that the housing is a plastic housing. Accordingly, the circulation chamber and the connection chamber and the separating wall separating the two chambers, which is preferably a fluid-tight partition, are completely surrounded by plastic walls. Thus, the walls surrounding the connection chamber at least circumferentially, the walls surrounding the circulation chamber and the plastic partition usually extending at right angles thereto are formed. This part of the housing may be formed as a unitary housing base body, i. be manufactured as a single component by way of injection molding. The circulation chamber and / or the cover chamber covering the top side can also be made of plastic, so that the total connection chamber and the circulation chamber is formed and limited in total of plastic components / are. Optionally, however, the housing cover may consist of a thin metal sheet, which contributes only slightly to increase the dead weight of the housing.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Kunststoffgehäuse ferner mit einer Abschirmung versehen. Diese Abschirmung umschließt das Gehäuse im Wesentlichen vollumfänglich, um einen wirksamen EMV-Schutz für die elektrische Heizvorrichtung zu schaffen. So führen die in der elektrischen Heizvorrichtung durchgeführten Schaltungsvorgänge zu keinen erheblichen elektromagnetischen Störungen innerhalb des Fahrzeuges.According to the present invention, the plastic housing is further provided with a shield. This shield encloses the housing substantially fully to provide effective EMC protection for the electric heater. Thus, the circuit operations performed in the electric heater cause no significant electromagnetic interference within the vehicle.
Die Abschirmung ist bevorzugt mit einem Masseanschluss versehen. Dieser Masseanschluss ist gegenständlich ausgebildet, beispielsweise in Form eines Steckkontaktelementes oder eines Befestigungsauges. Über diesen Masseanschluss ist die elektrische Heizvorrichtung nach Einbau in das Fahrzeug an den Massepol des Fahrzeuges anschließbar. Der Masseanschluss liegt üblicherweise außen an dem Gehäuse frei. Er kann auch Teil der Befestigung des Gehäuses an dem Fahrzeug sein, so dass der Masseanschluss verwirklicht wird, wenn ein Befestigungsbolzen oder eine -schraube mit dem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung verbunden wird, um die elektrische Heizvorrichtung an dem Fahrzeug zu montieren.The shield is preferably provided with a ground connection. This ground connection is embodied, for example in the form of a plug-in contact element or a fastening eye. About this ground terminal, the electric heater after installation in the vehicle to the ground terminal of the vehicle can be connected. The ground terminal is usually exposed outside the housing. It may also be part of the attachment of the housing to the vehicle, so that the ground connection is realized when a fastening bolt or screw is connected to the housing of the electric heater to mount the electric heater to the vehicle.
Das Kunststoffgehäuse kann von einem Massewächter-Anschluss durchsetzt sein, der beispielsweise in die Zirkulationskammer hineinragt, um zu überprüfen, ob die elektrische Isolierung des PTC-Heizelementes innerhalb der Zirkulationskammer funktionsfähig ist. Ein solcher Massewächter kann als Anschlussbolzen an der Außenseite des Gehäuses der elektrischen Heizvorrichtung freiliegen. Der Massewächter kann beispielsweise in Verbindung mit einem Befestigungsauge vorgesehen sein, über den die elektrische Heizvorrichtung an einem Kraftfahrzeug montiert und befestigt wird. Der Masseanschluss ist üblicherweise elektrisch mit der Abschrimung des Gehäuses gekoppelt. Ein Massewächter-Anschluss hat keine der elektrischen Versorgung der PTC-Elemente dienende Funktion. Er überprüft allein die elektrischer Isolierung des PTC-Elementes gegenüber dem Gehäuse bzw. dem zu erwärmenden Fluid.The plastic housing may be penetrated by a ground monitor connector, for example, protrudes into the circulation chamber to check whether the electrical insulation of the PTC heating element is functional within the circulation chamber. Such a ground monitor can be exposed as a terminal bolt on the outside of the housing of the electric heater. The ground monitor may be provided, for example, in connection with a fastening eye, via which the electric heater is mounted and secured to a motor vehicle. The ground terminal is usually electrically coupled to the shielding of the housing. A ground monitor connection has no function serving the electrical supply of the PTC elements. He alone checks the electrical insulation of the PTC element relative to the housing or the fluid to be heated.
Der Massewächter kann innerhalb des Gehäuses mit dem zuvor erwähnten Masseanschluss elektrisch leitend verbunden sein. Der Leitungsweg kann beispielsweise über die Abschirmung des Gehäuses erfolgen.The ground monitor may be electrically connected within the housing to the aforementioned ground terminal. The conduction can be done for example via the shield of the housing.
Zusätzlich zu der Anschlusskammer kann durch das Kunststoffgehäuse eine Steuerkammer ausgebildet sein, in der eine Steuervorrichtung aufgenommen ist. Diese in baulicher Einheit mit dem eigentlichen Heizungsteil vorgesehene Steuervorrichtung ist steuerungsmäßig mit dem PTC-Heizelement gekoppelt. Üblicherweise ist eine elektrische Verbindung beispielsweise in Form eines Steckkontaktes zwischen einer die Heizkreise bildenden leitenden Platte und einer Leiterplatte der Steuervorrichtung vorgesehen. Eine solche elektrische Verbindung kann beispielsweise durch eine Stromschiene gebildet sein, die durch Umspritzen dichtend in der Wand des Kunststoffgehäuses aufgenommen ist. Dabei wird das Kunststoffgehäuse bevorzugt aus einem vernetzenden Kunststoff, insbesondere einem Duroplasten gebildet. Das Kunststoffgehäuse ist also vorzugsweise nicht aus einem Thermoplasten geformt. Ein vernetzender Kunststoff bietet in besonderer Weise die Möglichkeit, die Stromschiene dichtend in der Wand des Kunststoffgehäuses aufzunehmen. Die von der Stromschiene durchsetzte Wand kann auch durch die Trennwand gebildet sein, um beispielsweise ein oder mehrere PTC-Heizelemente innerhalb der Zirkulationskammer elektrisch anzuschließen. Die entsprechende Weiterbildung kann auch für sich erfindungswesentlich sein. Ein solcher nebengeordneter Gegenstand wird gebildet beispielsweise durch die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 und die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 6.In addition to the connection chamber can be formed by the plastic housing a control chamber in which a control device is received. This provided in structural unit with the actual heating part control device is coupled in terms of control with the PTC heating element. Usually, an electrical connection, for example in the form of a plug contact between a heating circuit forming the conductive plate and a circuit board of the control device is provided. Such an electrical connection can be formed for example by a busbar, which is received by encapsulation sealing in the wall of the plastic housing. In this case, the plastic housing is preferably made a crosslinking plastic, in particular a thermoset formed. The plastic housing is therefore preferably not formed from a thermoplastic. A crosslinking plastic offers in a special way the ability to seal the bus bar in the wall of the plastic housing. The penetrated by the busbar wall may also be formed by the partition to electrically connect, for example, one or more PTC heating elements within the circulation chamber. The corresponding development can also be essential to the invention. Such a juxtaposed object is formed, for example, by the features of the preamble of claim 1 and the characterizing features of
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Abschirmung durch ein in dem Kunststoffgehäuse integriertes Metallgitter gebildet. Bei dieser bevorzugten Weiterbildung befindet sich die Abschirmung regelmäßig nicht an der Außenseite des Gehäuses. Vielmehr ist die Abschirmung innerhalb des Gehäuses, d.h. die jeweiligen Kammern beispielsweise auskleidend vorgesehen oder aber durch Umspritzen in dem Kunststoffgehäuse aufgenommen. Zur Befestigung kann die Abschirmung mittels Umspritzen des das Kunststoffgehäuse bildenden Kunststoffmaterials mit dem Kunststoffgehäuse auf einfache Weise verbunden werden. According to a preferred development of the present invention, the shield is formed by a metal grid integrated in the plastic housing. In this preferred embodiment, the shield is not regularly on the outside of the housing. Rather, the shield is within the housing, i. the respective chambers provided, for example, lining or absorbed by encapsulation in the plastic housing. For attachment, the shield can be connected by means of encapsulation of the plastic housing forming plastic material with the plastic housing in a simple manner.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung nimmt das Gehäuse eine Steuervorrichtung in sich auf, die von der Abschirmung umfänglich umgeben ist. Auch dieser Teil der Abschirmung kann durch ein integriertes Metallgitter gebildet sein.According to a preferred development of the present invention, the housing accommodates a control device, which is surrounded circumferentially by the shield. This part of the shield can also be formed by an integrated metal grid.
Alternativ kann die Abschirmung auch durch ein das Kunststoffgehäuse außenseitig umgebendes Metallgehäuse gebildet sein. Dieses Metallgehäuse kann zur Gewichtsreduktion aus einem Gittermaterial bestehen. Alternativ kann auch ein durchgehendes Blech das Metallgehäuse ausbilden.Alternatively, the shield may also be formed by a metal housing surrounding the plastic housing on the outside. This metal housing may consist of a grid material for weight reduction. Alternatively, a continuous sheet metal forming the metal housing.
Dieses Metallgehäuse ist bevorzugt aus zumindest zwei Schalenelementen gebildet, die zwischen sich die Ein- und Auslassöffnung bildende Ein- und Auslassstutzen des Gehäuses aufnehmen.This metal housing is preferably formed from at least two shell elements, which receive between the inlet and outlet opening forming inlet and outlet ports of the housing.
Das Metallgehäuse kann Ausnehmungen aufweisen, durch welche Befestigungsvorsprünge die Außenfläche des Metallgehäuses überragen, wobei diese Befestigungsvorsprünge durch das Kunststoffgehäuse ausgebildet sind und der Befestigung der elektrischen Heizvorrichtung an dem Fahrzeug dienen, um beispielsweise Befestigungsbolzen oder -schrauben in sich aufzunehmen.The metal housing may have recesses through which fastening projections project beyond the outer surface of the metal housing, wherein these fastening projections are formed by the plastic housing and the attachment of the electric heater to the vehicle, for example, to receive fastening bolts or screws in it.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
-
1 eine perspektivische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gehäuses; -
2 eine perspektivische Seitenansicht des in1 gezeigten Ausführungsbeispiels; -
3 eine in dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehene Abdeckplatte 22 in isolierter Darstellung zusammen mit PTC-Heizelementen; -
4die in3 gezeigte Abdeckplatte beim Bestücken mit einem PTC-Heizelement; -
5 eine seitliche perspektivische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
6 das Detail VI gemäß der Darstellung in5 ; -
7 eine perspektivische Sicht in die Steuerwanne des zweiten Ausführungsbeispiels; -
8 eine perspektivische Längsschnittansicht entlang der Linie VIII-VIII gemäß der Darstellung in7 ; -
9 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels mit einer an dem Kunststoffgehäuse vorgesehenen Abschirmung; -
10 eine perspektivische Seitenansicht von Teilen des PTC-Heizelementes; -
11 eine teilweise gebrochene perspektivische Seitenansicht des PTC-Heizelementes; -
12 eine perspektivische Querschnittsansicht des PTC-Heizelementes; -
13 eine Längsschnittansicht durch die Abdeckplatte gemäßden 3 ,4 mit einem einzelnen darin aufgenommenen PTC-Heizelement; -
14 eine perspektivische Seitenansicht bei entfernten Gehäusedeckel eines weitern Ausführungsbeispiels; -
15 eine Ansicht ähnlich zu14 ohne Gehäusedeckel des weiteren Ausführungsbeispiels und -
16 eine perspektivische Schnittansicht druch die Trennwand des weiteren Ausführungsbeispiels.
-
1 a top perspective view of a first embodiment of a housing; -
2 a side perspective view of the1 shown embodiment; -
3 acover plate 22 provided in the first embodiment in isolated form together with PTC heating elements; -
4the in3 shown cover plate when populated with a PTC heating element; -
5 a side sectional perspective view of a second embodiment of the present invention; -
6 the detail VI as shown in5 ; -
7 a perspective view into the control trough of the second embodiment; -
8th a longitudinal perspective view along the line VIII-VIII as shown in FIG7 ; -
9 a perspective, partially broken side view of the second embodiment with a provided on the plastic housing shield; -
10 a side perspective view of parts of the PTC heating element; -
11 a partially broken perspective side view of the PTC heating element; -
12 a perspective cross-sectional view of the PTC heating element; -
13 a longitudinal sectional view through the cover plate according to the3 .4 with a single PTC heating element received therein; -
14 a perspective side view of the removed housing cover of a further embodiment; -
15 a view similar to14 without housing cover of the further embodiment and -
16 a sectional perspective view of the partition of the further embodiment.
Grundsätzlicher Aufbau der HeizvorrichtungBasic structure of the heater
Die Abdeckplatte
Die
Vor der Montage wird das Abdeckelement
Die
GehäusebasisteilHousing base part
Die
Die Wandungen
Wie ebenfalls
Wie
Die
Die
Dichtend umspritzte StromschieneSealing over-molded busbar
Die
Abschirmungshielding
Die Blechstreifen
Die
PTC-Heizelement als RahmenelementPTC heating element as a frame element
In
Die Kontaktstege
Die Außenseite der jeweiligen Blechstreifen
Der gegenüber dem Kontaktsteg
Die rechtwinklig von dem Dichtkragen
Steckverbindungconnector
Der Kunststoffrahmen
Wie die
Es versteht sich von selbst, dass auf die Vertiefungen
Elektrischer Anschluss der PTC-HeizelementeElectrical connection of the PTC heating elements
Die
Wie insbesondere
Die
Die Stromschienen
Die
Auch bei der Variante nach den
Gemäß einer nicht dargestellten Variante kann die zu der Anschlusskammer
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Gehäusecasing
- 44
- GehäusewannenelementWhen the housing element
- 66
- Einlassstutzeninlet port
- 88th
- Auslassstutzenoutlet
- 1010
- Einlassöffnunginlet port
- 12 12
- Auslassöffnungoutlet
- 1414
- Zirkulationskammercirculation chamber
- 1616
- Heizkammerheating chamber
- 1818
- Bodenground
- 2020
- Teilungswandpartition wall
- 2222
- Abdeckplattecover
- 2424
- Teilungswandpartition wall
- 2626
- Verbindungskanalconnecting channel
- 2828
- KanalwandsegmentChannel wall segment
- 3030
- KanalwandsegmentChannel wall segment
- 3232
- Randedge
- 3434
- Nutgroove
- 4040
- PTC-HeizelementPTC heating element
- 4242
- Kontaktzungecontact tongue
- 4444
- weibliche Steckelementaufnahmefemale plug element holder
- 4646
- Längsschlitzlongitudinal slot
- 4848
- Dichtkragensealing collar
- 5050
- GehäusebasisteilHousing base part
- 5252
- Wandungwall
- 5454
- Trennwandpartition wall
- 5656
- Anschlusskammerterminal chamber
- 5858
- Wandungwall
- 6060
- Wandungwall
- 6262
- Steuerkammercontrol chamber
- 6464
- SteuerkammerbodenControl chamber floor
- 6666
-
Nut der Zirkulationskammer 14Groove of the
circulation chamber 14 - 6868
-
Nut der Anschlusskammer 56Groove of the
connection chamber 56 - 7070
-
Nut der Steuerkammer 62Groove of the
control chamber 62 - 7272
- Abdeckelement zu der Steuerkammer 62Cover member to the control chamber 62nd
- 7474
- Kranzwreath
- 7676
- Gegennutcounter-groove
- 7878
- innerer Steginner jetty
- 8080
- Gehäusedeckel zu der ZirkulationskammerHousing cover to the circulation chamber
- 8282
- Gehäusedeckel zu der AnschlusskammerHousing cover to the connection chamber
- 8484
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 8686
- Kühlkörperheatsink
- 8888
- Dichtringseal
- 9090
- Anschlagattack
- 9292
- Kragencollar
- 9494
- Verriegelungsvorsprunglocking projection
- 9696
- Verriegelungsnaselocking tab
- 9898
- Steuerwannecontrol pan
- 100100
- Anschlusswanneconnection tub
- 102102
- Zirkulationswannecirculation bath
- 104104
- Stromschieneconductor rail
- 106106
- Leiterplattecircuit board
- 108108
- Anschlusszungeterminal blade
- 110110
- Metallschalemetal bowl
- 112112
- Metallschalemetal bowl
- 114114
- Befestigungsvorsprungfixing projection
- 115115
- Ausnehmungrecess
- 116116
- Steckergehäuse HochvoltPlug housing high voltage
- 118118
- Steckergehäsue NiedrigvoltConnector housing low-voltage
- 120120
- PTC-ElementPTC element
- 122122
- HauptseitenflächeMajor side surface
- 124124
- Isolierlageinsulating
- 126126
- StirnseitenflächeFront side surface
- 128128
- Blechstreifenmetal strip
- 130130
- Kontaktstegcontact web
- 132132
- Randflächeedge surface
- 134134
- Heizelementgehäuse/KunststoffrahmenHeater housing / plastic frame
- 136136
- Rahmenöffnungframe opening
- 137137
- Anlagestegmooring facilities
- 138138
- Segmentsegment
- 140140
- Anschlagattack
- 142142
- Gegenflächecounter surface
- 144144
- Vertiefungdeepening
- 146146
- Stromschieneconductor rail
- 148148
- Stromschieneconductor rail
- 150150
- Stromschieneconductor rail
- 152152
- Kontaktvorsprungcontact projection
- 154154
- Aufnahmeöffnungreceiving opening
- 156156
- Leistungstransistorpower transistor
- 158158
- Zuleiterfeeders
- 160160
- Isolierschichtinsulating
- 162162
- Befestigungstopfenmounting plugs
- 164164
- Befestigungskragenfixing collar
- B B
- Breite des PTC-ElementesWidth of the PTC element
- LL
- Länge des PTC-ElementesLength of the PTC element
- DD
- Dicke des PTC-ElementesThickness of the PTC element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- EP 2505931 [0047]EP 2505931 [0047]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |